Закалочная среда

 

Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к средам для закалки стальных изделий , и может быть использовано в машиностроении . Цель изобретения - повышение стабильности эксплуатационных свойств кзделия путем обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в температурных интервалах перлитного и мартенситного превращений стали. Сущность изобретения заключается в том, что в известную среду, содержащую водорастворимый полимер, минеральную кислоту, воду, дополнительно вводится нитрит натрия, а в качестве, полимера используется неионогенный полимер при следующем соотношении ингредиентов , иас,%: 0,5-15,0 неионогенный полимер; 2,0-10,0 минеральная кислота; 0,5-10,0 нитрит натрия; вода остальное. 6 з.п, ф-лы, 8 табл. «5 ы. оо 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 134122)l ду С 21 D /60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4053085/22-02 (22) 08.04.86 (46) 30.09.87, Бюл. № 36 (72) 70.С.Ушаков (53) 627.78.063 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № -724581, кл. С 21 D 1/60, 1980, Авторское свидетельство СССР № 1077931, кл. С 21 D 1/60, 1984. (54) ЗАКАЛОЧНАЯ СРЕДА (57) Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к средам для закалки стальных изделий, и может быть использовано в машиностроении. Цель изобретения — повышение стабильности эксплуатационных свойств изделия путем обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в температурных интервалах перлитного и мартенситного превращений стали.

Сущность изобретения заключается в том, что в известную среду, содержащую водорастворимый полимер, минеральную кислоту, воду, дополнительно вводится нитрит натрия, а в качестве полимера используегся неионогенный полимер при следующем соотношении ингредиентов, мас,",: 0,5-15,0 неионогенный полимер; 2,0- 10,0 минеральная кислота, 0,5-10,0 нитрит натрия; вода остальное. 6 з.п. ф-лы, 8 табл.

41221

1 13

Изобретение относится к термической обработке металлов, а именно к средам для закалки сталей, и может быть использовано в машиностроении.

Цель изобретения — повышение стабильности эксплуатационных свойств изделия путем обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в температурных интервалах перлитного и мартенситного превращений стали.

Сущность изобретения заключается в том, что известная закалочная среда, содержащая йоду, водорастворимый полимер и минеральную кислоту для обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в перлитном и мартенситном температурных интервалах содержит в качестве водорастворимого полимера неионогенный (с Молекулярной массой

3000-7600) и дополнительно — нитрит натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.7:

Неионогенный полимер с молекулярной массой

3000-7600 0 5-15 0

Минеральная кислота 2,0-10 0

Нитрит натрия 8;0-10, О

Вода Остальное

Предлагаемая среда в качестве неионогенного полимера содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот, а в качестве минеральной кислоты фосфорную.

Введение неионогенного полимера (полиэтиленгликолевого эфира высокомолекулярных изокислот) способствует улучшению стабильности работы закалочной среды, так как этот тип полимера, обладающий неограниченной растворимостью в воде перед другими полимерами, имеет существенное преимущество в части большей стабильности по составу и эксплуатационным харак-. теристикам.

Предлагаемая закалочная среда стабильно сохраняет закалочные свойства в широком рабочем интервале 2080 С.

Введение минеральной кислоты (фосфорной) стабилизирует закалочные свойства среды, повьш ает ее антикоррозионные свойства, предупреждает плеснеобразование и, что особенно важно сильнее других известных активных добавок понижает скорость охлаждения в низкотемпературной (мартенситной) области — в интервале температур 20-250 С.

Введение нитрита натрия сильнее других неорганических добавок повь шает скорость охлаждения в высокотемпературной (перлитной) области— в интервале температур 250-600 С, заметно улучшает ее антикоррозионные свойства.

Охлаждающую способность предлагаемой закалочной среды в перлитной области за счет изменения содержания в ней неионогенного полимера и нитрита натрия (при постоянном содержании фосфорной кислоты) представляется возможным регулировать в широких пределах (50-750 С/с), а именно от ско ростей охлаждения, требуемых для углеродистых сталей (600-750 С/с), до скоростей охлаждения, необходимых для быстрорежущих сталей (50-200 С/с)..

При этом постоянная максимально высокая концентрация в среде фосфорной кислоты (2-10X) обеспечивает ей практически во всех случаях минимально

25 возможную, рекомендуемую для всех сталей (независимо от их химсостава) скорость охлаждения (5-25 C/ñ) в мартенситном интервале.

Для определенной, конкретной груп 0 пы сталей на основе предлагаемого состава закалочной среды, предлагается требуемый только для нее (группы) конкретный состав закалочной среды при следующем соотношении ингредиентов, мас.Е: для сталей углеродистых (с целью

1 обеспечения скоростей охлаждения

600-750 С/с в перлитном температур- о ном интервале и 5-25 С/с в мартенситном температурном интервале)

Полиэтиленгликопевый эфир высокомолекулярных изокислот 0,5-15,0

Фосфорная кислота 2-10,0

Нитрит натрия 8-10,0

Вода Остальное для сталей низколегированных (с целью обеспечения скоростей охлаждения 200-350 С/с в перлитном темперао турном интервале и 5-25 С/с в мартенситном температурном интервале)

Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот 3-5

Фосфорная кислота 2"-10

Нитрит натрия 4-6

Вода Остальное для средне- и высоколегированных сталей (с целью обеспечения скоростей

1341221 охлаждения 100-300 С/с в перлит«ом температурном интервале и 2-25 С/с в марте«ситном температурном интервалее) б

Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот 8-10

Фосфорная кислота 2-10

Нитрит натрия 1, 5-3 10

Вода Остальное для сталей быстрорежущих (с целью обеспечения скоростей охлаждения 50200 С/с в перлитном температурном интервале и 5-25 С/с в мартенситном 15

-.åìïåðàòóðíîì интервале)

Попиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот 12-15

Фосфорная кислота 2-10

Нитрит натрия . 0,5-"

Вода Осталь«ое

Исходя из особенностей химического и фазовогo состава сталей и протекающих в них струКтурдых превращений, Б ус-,ановлено, что оптимальными скоростями охлаждения являются скорости., приведенные в табл. 1.

Всесторонние испытания закалочных сред различных составов в лаборатор- 30 ньпс и производственных условиях поц твердили данные табл. 1 и правильность сделанного выбора составов закалоч«ых сред для конкретной группгп сталей. Обработанные в выбранных закалочных средах лабораторные и натуральные образцы имели требуемые закаливаемость, прокаливаемость, отличались максимально возможным уровнем механических свойств. При этом уро- 4г вень деформации в сравнении с закалкой в воде (для углеродистых сталей) и масле (для легированных сталей) бып ,ниже в несколько раз.Предлагаемые составы закалочных 45 сред являются оптимальными лишь для указанчых (конкретных) групп сталей..

Увеличение в них выше верхнего предела содержания полимера, уменьшает скорость охлаждения в перлитной gg области, из-за чего ухудшаются закаливаемость, прокаливаемость, появляется пятнистая твердость. Уменьшение ниже указанных минимальных пределов полимера увеличивает скорость охлаждения в перлитной и особенно в марте«ситной областях и способствует значительному росту термических и структурных напряжений, повышает уроне«6 короблс «ия и может быть одной из при .и: трешинообразования.

Кроме того, уме«ьшение и«и увеличение соответственно ниже нижнего или

ВЬППЕ ВЕРХНЕГО ПрЕЛс IOB НЕИОНОГЕННОГО полимера ухудшает стабильность работы закалочной-: среды.

Влияние нитрита натрия при изменении его содержания вьппе верхнего или ниже ниж«его пз указанных пределов аналогично влиянию полимера на изменение скорости охлаждения, эакаливаемость, прокаливаемость и уровень коробления, но менее значительно (примерно в 2-3 раза) . Следует отметить, что уменьшение ниже нижнего предела содержания нитрита натрия заметно ухудпает 3«тикоррозионные свойства закалоч«ой среды.

Влияние фосфорной кислоты при изменении ее содержания выше верхнего предела не понижает скорость охлаждения в марте:. ситной области Н, кроме того, уху.",ьиет ст=-бильность ра боты закалочной среды. Уменьшение же содержания фосфор«ой кисло,b! ниже нижнего предела резко ухудшает антикоррозионнме свойства среды и стабильность ее раб о.Г61, Таким образом, на основании изло-женного при использовании предлагаемой закалочной среды следует учитывать химсостав обрабатываемых в ней сталей и строго соблюдать рекомендуемые составы сред при указа««ом соотношении ингредиентов.

Пример. Проводят сравнительные испытания. В качестве материала для изготовления образцов берут стали: углеродистую 45; низколегированную 40ХА; срецнелегированную 4Х5МФС; высоколегированную Х12М; быстрорежущие классическую сталь Р18 и наиболее широкоупотребительную сталь Р6М5. Образцы изготавливают из. одной партии и плавки и готовят цилиндрической формы диаметром 10 мм длиной 200 мм.

Закалочные срець готовят из концентрата полиэтиленгликолевого эфира высокомолекулярных изокислот.

Опробованные составы закалочных сред приведены в табл. 2.

Закалку образцов в средах, приведенных в табл. 2, производят после их нагрева в соляных ваннах (NaC3 +

+ KCI для углеродистых и низколегированных сталей; ВаСУ, для быстрорежущих сталей), От«уск проводят с на5 13412 гревом в щелочной ванне. Температур-но-временные режимы приведены в табл. 3.

Результаты лабораторных исследований предлагаемых закалочнык сред при- 5 ведены в табл. 4-7. В табл, 8 приведены результаты. испытаний предлагаемых закалочных сред при обработке натурных образцов деталей штампов, пресс-форм и режущего инструмента. 10

Таким образом, предлагаемая закагочная среда по сравнению с известной обладает преимуществами, заключающимися в снижении уровня деформации при закалке в 3-10 pan, повыше- 15 нии механических свойств в 1,5 раза, снижении уровня деформации при закалке в 3-10 раз, повышении механических свойств в 1,5 раза, снижении трудоемкости изготовления изделий 20 (деталей, инструмента) за счет уменьшения припуска под механообработку в

5-8 раз, исключения операций рихтовки, высвобождения рабочих ручного труда, исключения окончательного бра- 25 ка по деформации. Трудоемкость изготовления понижается в среднем на 30 .

Ф ор мул а и з о бр е т е ни я

1, Закалочная среда преимущественно для стальных изделий, содержащая водорастворимый полимер, минеральную кислоту, воду, о т л и ч а ю щ а я— с я тем, что, с целью повышения ста- 35 бильности эксплуатационных свойств изделия путем обеспечения оптимальных скоростей охлаждения в температурных интервалах перлитного и мартенситного превращений стали, в ка- 40 честве водорастворимого полимера она содержит неионогенный полимер и дополнительно — нитрит натрия при следующем соотношении ингредиентов, мас.Xi 45

Неионогенный полимер 0,5-15,0

Минеральная кислота 2,0- 10,0

Нитрит натрия 0,5-10,0

Вода Остальное

2. Среда по п.1.„ о т л и ч а. ю— щ а я с я тем, что в качестве неионогенного полимера она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот.

3. Среда по п.1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что в качестве минеральной соли она содержит фосфорную кислоту, Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот 0,5-15,0

Фосфорная кислота 2, 0-10,0

Нитрит натрия 8,0-10,0

Вода Остальное

5. Среда по пп.1-3, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 200—

230 С/с в температурном интервале перлитного превращения и 5-25 С/с в термпературном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из низколегированных сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот; фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас, :

Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот 3,0-5,0

Фосфорная кислота 3, 0-10, 0

Нитрит натрия 4,0-6,0

Вода Остальное

6, Среда по пп.1-3, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 100

300 С/с в температурном интервале перлитного превращения и 5-25 С/с в температурном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из средне- и высоколегированных сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот, фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот

Фосфорная кислота

Нитрит натрия

Вода

8,0-10,0

2,0-10,0

1,5-3,0

Остальное

21 6

4. Среда по пп,1-3, о т л и ч а —, ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 600

750 С/с в температурном интервале перлитного преврашения и 5-25 C/с в температурном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из углеродистых сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокисл:от, фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов, мас. :

12,0-15 0

8,0-10,0

0,5- 2,0

Остальное

Таблица 1

Рекомендуемые скорости охлаждения для сталей в зависимости от температурного интервала обработки с

Скорость охлаждения (С/с) при С

400-600 250-300

Сталь

Т

Ниже 250

600-750

700-900

Углеродистая

5-25

300--350

Низколегированная

5 — 25

250-300

Среднелегированная

5-25

200-250

Высоколегированная

5-25

150-200

50-100

Быстрорежущая

П р и м е ч а н и е, Скорости охлаждения оцснивали с использованием шлейфового осциллографа.

Таблица 2

Состав закалочной среды, мас.7

Состав, №

Вода

Нитрит натрия

Полиэ тиленгликолевый эфир высокомолекуФосфорная кислота лярных изокислот

6 Остальное

0,4

0,5

7. Среда по пп.1-3, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью обеспечения скоростей охлаждения 50

200 С/с в температурном интервале перлитного превращения и 5-25 С/с в температурном интервале мартенситного превращения при закалке изделий из быстрорежущих сталей, она содержит полиэтиленгликолевый эфир высокомоле- 10 кулярных изокислот, фосфорную кислоту, нитрит натрия и воду при следующем соотношении ингредиентов. мас,Е:

Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот

Фосфорная кислота

Нитрит натрия

Вода

200-250

150-200

t 00-15010

1341221

С оста а з акалоч ной среды, мас . %

Состав, У

Нитрит натрия

Фосфорная кисВода

Остальное

12

10

1,.5

14

10,5

3,,5

0,3

0,5

19

2,5

Полиэтиленгликолевый эфир высокомолекулярных изокислот

Продолжение табл. 2

1.2

134122!

Таблица 3

Сталь

Режимы термообработки

Температура, С

Выдержка,с/мм

Темпера- ВыдержО тура, С ка, ч

Кратность,ч

Закалка

Отпуск

840

200

40ХА

840

200

4Х5МФС

1010

540

1030

Х12М

200

Р18

1280

560

Р6М5

1240

7-8

550

П р и м е ч а н и е. Перепад температур при нагреве под закалку и отпуск определялся контрольной термопарой и не превышал

+5 С.

Таблица 4

Зависимость физики-механических и технологических свойств обоазцов из углеродистой стали 45 от состава закалочной среды

ЗакалиОхлаждающая способность среды, С/с в интервале температур, С

Наличие

МаксиСостав закалочной

Пятнистой

Трещин среды, ¹ твердости

260-600 20-250 после закалки в HRC2

950

120

Есть

Есть

900

0,35

750

0,08

0,05

56

Нет

Нет

0,05

55,5

700

0,05

0,25

Есть !!

110

53

450

На 2-х образцах из

15-ти

0,6

175

Нет

1000

Вода

Есть

50

0,15

Нет

375

Масло

30-35

30-35

35-4и

35-4и

10-12 мальная деформация на сторону, мм (стрела прогиба) ваемость (твердость поверхности

1341221

Продолжение табл.6

Наличие

ЗакалиМаксиСталь

Состав закалочной

Пятнистой

Трещин среды, У твердости

260-600

20-250 после закалки в hRC) Х12М

63

270

0 05

15 4Х5МФС

0,05

240

Х12М

0,05

16 4Х5МФС

230

0,05

Есть

230

Х12М

0,05

Масло 4Х5МФС

320

0,15

310

Х12М

0,15

Таблица 7

Зависимость физико-механических и технологических свойств образцов из быстрорежущих сталей Р18 и P6N5 от состава закалочной среды

Состав Сталь.

МаксиЗакалиНаличие закалочной

Пятнистой

Трещин среды, 9 твердости

260-600 20-250 после закалки в HRC) 17 Р18

250

0,3

Нет

Есть

Р6М5

250

100

0,35

18 Pis

200

0,05

Нет

Р6М5

200

0,05

19 Р18

180

0,05

P6N5 .

185

0,05

Охлаждающая способность среды, С/с в интервале температур, С

Охлаждающая способность среды С/с в интервале температур, С мал ьная деформация на сторону, мм (стрела прогиба) мальная деформация на сторону, мм (стре ла прогиба) ваемость (твердость поверх-. ности ваемость (твердость

ПОВЕРХНОСТИ

1341221

17

Состав

F. алкчие

Мысы(мальва

-f е(Ьо

Сталь закалочной еда н, .(Ест: H«

:,—: 1!

ЕЕз! (! ! (i

260-600 . — 2. . ьостн

Нет

О. 05

170

20 Р18

О!05

P6N5 () 5

150

21 Р18

F i

0,,05

150

РбЫ5

150

22 Р18

ЕСТio

0,05

Р 61 15

Масло Р18

О, 290

0,25

Р6М5 т;„б л и р а 8

Зависимос ть текн олог!!нес: .! еханнческих свойств от со!:=:ва закалочной среды

1,, Предал прочности, !II ! (ке менее) Закали!!я

МаксиМатер!яал натурного образца-детали инструмента (марка) Работа закалочной среды (характерисСостав емость

l,, ;тверДо" b fio ерхност! в ННС) закалочной

II97l lHC той

Трепы и среды тика по измеII !и При пекию охлаждающей способности) тве Ý

>а с-- ИЗ дoc Гн!

J тяяе- гибе нии (0,3

15UU

Не стабкл!ьная

Fc:тт i 850

5О

0,05

Стабкльная

U U5

1850

140!0

0,08

Не стабильная

1550

U,15

0, U5.

Стабильпая . 3 5{

11 40ХА

Не счабильная

5 .

1:ст=

0,05 (С00

0,2

12 4Х5ИФС (чс0

Q тfабил!-ная

0,05

13 4Х5ИФС

2 45

3 45

5 45

6 45

7 40 ХА

8 40ХА

10 40ХА

Охлажда(а(ая способ г- / ность среа(,1,, „с. ннтерва)(е -::-.":... .ВIi:."

o., тур, малькая деформация на сторону., мм (стрела прогиба!биенке) 1 Закл лн" я ваемо{(тЬ р за f,òÁåðция на дос".:=. с )орску. паве!ох(ИИ (СFPB НОСтч ! ла лро-- посл !

Гк:ба 3 века ак:: (!!рс!):о)(жены(е табл. 7

20!

9! 34! 22!

Продолжение табл. 8

Наличие

Предел прочности, МПа (не менее) МаксиЗакаливаМатериал натурного образца-детали инструмента (марка) Работа закалочной среды (характерисСостав мальная деформация на сторону, мм (стрела прогиба,биение) закапочной среды емость (твердость по верхности в HRC) Трещин Пятнистой твердости тика по изме«

При изгибе

При нению охлаждающеи способности) растяже1900

0,05

15 4Х5ИФС

16 ° 4Х5МФС

l2 Х12М

13 Х12И

15 Х12И

16 Х12М

17 Р18

18 Р18

21 . Р18

22 Р18

17 Р6И5

18 Р6И5

21 Р6И5

22 Р6И5

Есть Не стабильная

1550

0,05

63 и

2000 Нет

2800

0,2.

Стабильная

Нет

0 05

2800

0 05

1900

Есть Не стабильная

0 05

2700

0,3

3200

Нет

Стабильная

0 05

3200

2500

Есть Не стабильная

0,05

0,4

2800 а и

Стабильная

Нет

0 05

0 05

Есть Не стабильная

0,05

Составитель А.Кулемин

Редактор Ю.Середа Техред А.Кравчук Корректор M.Иаксимишинец

Заказ 4403/32 Тираж 549 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä. ул.Проектная,4

П и е ч а н и е. Приведенные механические свойства определены на образцах, закаленр и и е ч а ных и отпущенных вместе с деталями, сечение образцов соответствовало сечению деталей(инструмента) .Испытание закалочных сред 4,9,14 н

19,21 показали результаты (по всем параметрам), находящиеся в пределах результатов, полученных соответственно на средах составов

3-5, 8-10, 13-15 и 18-22.