Способ упрочнения стальных деталей

Авторы патента:

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к термической обработке деталей железнодорожного подвижного состава. Целью изобретения является повышение сопротивления усталости и долговечности и снижение энергетических затрат. Способ включает нагрев локальных зон выше температуры А<SB POS="POST">с</SB>**3 путем наплавки слоев малоуглеродистой стали и охлаждение обдувом упрочняемой поверхности до температуры смежной зоны ниже 700 К при градиенте температур 50-250°С/см. Использование изобретения позволяет повысить долговечность деталей и снизить энергоемкость процесса термообработки. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИЖ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 21 D 1/78

ГОСУДАРСТВЕНКЫ1 1 НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

) 02846/2 (22) 13.07 87 (46) 07.04.89. Бюл. Р 13 (1) Уральское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (72) С.И.Попов, В.И.Гамиров, В.Л.Шагалов и Б.A.Ðåçíèõîâ (53) 669.014.78(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 337416, кл. С 21 D i/56„ 1972.

Авторское свидетельство СССР

Р 659635, кл. С 21 D 1/56, 1976. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТАПЬНЬ!Х ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к области.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к термической обработке литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава.

Целью изобретения является повышение сопротивления усталости и долговечности и снижение энергетических затрат.

Упрочнение литых балочек производили из стали 20Л двутаврового сечения с преобладающей толщиной стенок

10 мм, высотой 80 ьм, шириной полки

60 мм и пролетом между опорами 500мм.

Наплавка производилась проволокой

Св-OBA в нижних углах таврового сопряжения в продольном направлении балочки на. всю длину пролета. Площадь наглавки в поперечном сечении двутавра составляла 4...6_#_ от общей площади сечения, металлургии, конкретнее к термической обработке деталей железнодорожного подвижного состава. Целью изобретения является повышение сопротивления усталости и долговечности и снижение энергетических затрат. Способ включает нагрев локальных зон выше температуры А,. путем наплавки слоев малоуглеродис=oA стали и охла;.;.вЂ” цение обдувом .;прочняемой поверхности до температуры смежной "îíû ниже

700 К при градиенте температур 50о

250 С/см..Использование изобретения позво.:яет повысить долговечность деталей и снизить энергоемкость продесса термообработки, 2 э.п, ф-лы

2 табл.

При наплавке температура упрочняемой поверхности (наружной поверх0 ности полки) составила 900 С, что явилось результатом разогрев"- металла при наплавке в у.лах тавра.

Охлаждение нагретой при наплавке зоны со стороны наружной поверхности полки производилось обдувал водовоздушной смесью с различным содержанием влаги и различным расходом до температуры наплавленной областидвутавра 700 К (427 С). Градиент темпе-. ратур в направлении, нормально.. уп--. рочняемой поверхности, составив (50...250) град/см.

Режимы наплавки и охлаждения уп;вЂ” рочняемой зоны приведены в табл. 1.

Результаты усталостных испытании приведены в табл. 2.

14707

Для сравнения испытывались такие же балочки, упрочненные по известному способу (пример 16): нагрев до 930 С в печи, выдержка в течение 3 ч и диф- 5 ференцированное охлаждение обдувом водовоздушной смесью при оптимальных . для предлагаемого способа параметрах, но до температуры углов таврового сопряжения 550 С. 10

Усталостные испытания двутавровых балочек проводились на гидропульсаторной машине ПДМ-10Пу в режиме постоянного коэффициента асимметрии

0,,29 на базе 10 циклов. Предел вы- 15 носливости определялся по результатам испытаний 6 балочек каждого варианта.

Упрочнение (примеры 2, 3, 4, 7, 8, 11, 12, 14 и 15) повышает предел выносливости в среднем на 37,27.. Это 20 объясняется более высоким уровнем остаточных сжимающих напряжений, возникающих в нижней полке двутавровой балочки при дифференцированном охлаж" денни до 700 К и ниже, в отличие от 25 известного способа, при котором принудительное охлаждение заканчивается вьппе температуры 820 К. Наименыпий предел выносливости получен в примерах 1, 6 и 10, зарактеризующихся . 30 меньшими заявляемых пределов значениями температурного градиента аТ.

Для достижения требуемого минимального температурного градиента 50 град/см необходимо, чтобы удельное тепловложение было не ниже 5,0 кВт/см, содержание влаги в водовоэдушной смеси не менее 0,5 об.X при расходе смеси не ниже О, 10 м /м с. Измерение уровней остаточных напряжений в упрочня- 40 емой зоне по сравниваемым способам, выполненное методом прорезания "канавки", показало, что при оптимальном режиме упрочнения по предлагаемому способу средняя величина оста- 45 точных напряжений 230 ИПа, в то время как по известному способу 156 ИПа.

При температурном градиенте больше

250 град/см остаточное сжимающие напряжения составляют свыше 300 ИПа, что превышает предел текучести низколегированной малоуглеродистой стали и вызывают коробления упрочняемой зоны балочек.

При упрочнении продолжительность

55 процесса сокращается более чем в

86 4

5 раз с меньшей энергоемкостью: для оптимального режима упрочнения по известному способу энергоемкость

91,5 ИДж, а для оптимального вариан.та 3 по предлагаемому способу

56,9 ÇÙæ. По результатам испытаний трех деталей средняя долговечность до разрушения составила 8,4 ° 10 циклов,в то время как аналогичные детали упрочненные по известному способу выдержали до разрушения только

3,2 10 циклов.

Применение предлагаемого способа в промьппленном производстве и при ремонте несущих деталей тележек грузовых вагонов позволит повысить грузоподъемность вагонов и безопасность движения поездов без увеличе" ния металлоемкости.

Формула изобретения

1. Способ упрочнения стальных деталей, преимущественно литых профильных, включающий нагрев упрочняемой поверхности до температуры выше ос вЂ” -превращения и дифференцированное охлаждение, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения сопротивления усталости и долговечности и снижения энергетических затрат, осуществляют локальную наплавку слоев малоуглеродистой стали в углах сопряжения, примыкающих к упрочняембй поверхности стенок, обеспечивающую нагрев упрочняемой поверхности до температуры закалки, а охлаждение проводят обдувом упрочняемой поверхности водовоздушной смесью до достижения в наплавленной области температуры ниже 700 К при градиенте температур в направлении, нормальном упрочняемой поверхности, (50

250). град/см.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что локальный нагрев осуществляют электродуговой наплавкой при удельном тепловложении (5...20) кВт/см2.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич .а ю шийся тем, что теплоотвод от упрочняемой поверхности производят водовоздушной смесью при содержании в ней (0,5...3,5) об.X воды и расходе (О, 1...0,4) м /м с.

1470786

Энергоемкость, Режим охлаждения

Расход смеси, мэ /M2,с

0 25 (оптимальный) 2, О (оптимальное) 46

18,4

5, О (нижний предел) 2,0 (оптимальное) 22,7

12,5 (оптимальное) 2,0 (оптимальное) 56,9

0925 (оптимальный) 2,0 (оптимальное) 20, О (верхний предел) 239

90,6

0,25 (оптимальный) 2,0 (оптимальное) 254

95,4

О (ниже ниж- 0,25 (оптинего предела) мальный) 12, 5 (оптимальное) 56,9

12,5 (оптимальное) О, 5 (нижний предел) О, 25 (оп тимальный) 103

56,9

3,5 (верх- 0,25 (оптиний предел) мальный) 12,5 (оптимальное

234

56,9

0 25 (оптимальный) 12, 5 (оптимальное) 281

2,0 (оптимальное) 47

56,9

О, 10 (нижний предел) 12,5 (оптимальное) 56,9

0,40 (верхний предел) 2, О (оптимальное) 12,5 (оптимальное) 218

56,9

2,0 (оптимальное) 12,5 (оптимальное) 265

56,9

О, 10 (нижний предел) О, 5 (нижний предел) 5,0 (нижний предел) 52

22,7

3,5 (верхний предел) 0 40 (верхний предел) 20,0 (верхний предел) 247

Пример Удельное тепловложение, кВт/см

4,0 (ниже нижнего предела) 21,0 (выше верхнего предела) 10 12,5 (оптимальное) Содержание влаги в смеси, об.X

4, О (выше верхнего предела) 1

2,0 (оптимальное) 0,25 (оптимальный)

0,25 (оптимальный) О, 05 (ниже нижнего предала) 0 45 (выше верхнего предела) Таблица 1

6Т, град/см, при Тмакс

= 7ОО К

1470786

Таблица 2 редел ограниченой выносливости а базе 10 циков, кН

Величина остаточных сжимающих напряжений, МПа

Пример

156

Испытывались с короблениями.

Редактор Н.Рогулич

Заказ 1554/30 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, 11осква, Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 J

16 (по известному способу) 132

151

238

287

>300

138

166

281

>300

153

199

298

- 300

276

72.

102

132

126

137

124

131

128

Составитель В.Русаненко

Техред М.Ходанич Корректор H.Nóñêà

Изобретение относится к области термообработки стальных изделий и может быть использовано в инструментальной и машиностроительной промышленности

Устройство для охлаждения изделий // 1470784

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и предназначено для охлаждения изделий после их изготовления с прокатного нагрева или при термообработке.Целью изобретения является повышение производительности и надежности работы путем уменьшения площади контакта изделий со скатами

Способ нагрева биметаллических стальных заготовок // 1470783

Изобретение относится к области металлургии ,в частности, к способам нагрева металла под термообработку или обработку давлением, и может быть использовано при нагреве биметаллических изделий с наружным слоем из быстрорежущей стали (БРС).ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - СОКРАЩЕНИЕ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ

Станок для закалки цилиндрических деталей с нагревом твч // 1470782

Изобретение относится к области закалки цилиндрических деталей с индукционным нагревом и может быть использовано для поверхностной закалки деталей в машиностроении

Способ закалки листов // 1470781

Изобретение относится к термообработке изделий из стального листа ,в частности, к способам зацепки листов, и может быть использовано в горном машиностроении для упрочнения желобов скребковых конвейеров

Способ термической обработки конструкционной стали // 1470780

Изобретение относится к области термической обработки и может быть использовано при обработке углеродистой и низколегированной конструкционной стали

Масса для защиты от окисления углеродистых сталей // 1470690

Изобретение относится к защите металлов от окисления, в частности, углеродистых сталей, при их длительном высокотемпературном нагреве при термообработке и перед деформацией и может быть использовано в металлообрабатывающей промышленности

Способ сжигания газа в плавильных печах и устройство для его осуществления // 1469269

Изобретение относится к области металлургической теплотехники и может быть использовано на заводах металлургической , термической и машиностроительной промышленности при разработке нагревательных и плавильных печей, а также других высокотемпературных теплоагрегатов

Способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей чугунных деталей // 1468932

Способ эксплуатации электропечи с контролируемой углеродсодержащей атмосферой // 1468931

Изобретение относится к химикотермической обработке металлов, а именно к электропечам с контролируемыми цементационными атмосферами

Устройство для охлаждения рулонов горячекатаных полос // 2100449

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к прокатному производству, и может быть использовано при производстве стальных горячекатаных полос на широкополосных станах

Способ определения охлаждающей способности жидкой закалочной среды и термозонд для его реализации // 2100450

Изобретение относится к термической обработке металлов и предназначено для определения охлаждающей способности жидкой закалочной среды

Способ термической обработки литых деталей из малоуглеродистой и низколегированной стали // 2100451

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к литым деталям из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащих 0,15 - 0,30% углерода, и применяемым в автосцепных устройствах подвижного состава железных дорог

Способ производства коррозионно-стойкого листа // 2100475

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в прокатном производстве для легирования поверхности заготовки в процессе прокатки

Способ закалки инструментов из углеродистых сталей // 2102504

Изобретение относится к термообработке и может быть использовано при закалке деталей из углеродистых сталей сложной формы, например пуансонов, накатных роликов и др

Способ изготовления булатной стали // 2103380

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства булатной стали

Способ обработки поверхности металлической заготовки дуговым разрядом в вакууме и устройство для его осуществления // 2104313

Изобретение относится к области обработки поверхностей металлов, такой как очистка (например, удаление окалины, оксидированных слоев, загрязнителей и тому подобное) поверхностей, термическая обработка и нанесение покрытий на них

Способ регулирования радиационной повреждаемости материала корпуса водоводяного реактора и устройство для его осуществления // 2104314

Индукционная печь // 2105434

Способ изготовления проката // 2105820