Способ закалки изделий

 

Изобретение относится к термообработке сталей, а именно к способам закалки методом погружения, и может быть использовано во всех отраслях машиностроения ,в частности, в энергетическом машиностроении, при закалке роторов, дисков турбин, турбинных лопаток. Целью изобретения является упрощение способа и расширение технологических возможностей закалочной среды. Перед погружением изделия, нагретого до закалочных температур, в закалочную среду ее насыщают любым негорючим газом, обеспечивая ей соответствующую охлаждающую способность. Применение способа позволяет вместо набора закалочных сред иметь на производстве лишь одну закалочную среду с регулируемыми свойствами. 1 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (б11 4 С 21 D 1/56

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4 2 95 48 7/2 3- О? (22) 11.08.87 (46) 30.07.89. Бюл, 38 (71) Научно-произвог!стве!!!гое объединение "Атомкотломаш" (72) А.A.>Êäàíoâ, И.Б. Кузнецов и Г,Д. Синявцев (53) 621. 784. 6. 06 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ь"- 840145., xczz. C 21 D 1/56, 1977. (54 ) СПОСОБ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к термообработке,. сталей, а именно к способам закалки методом погружения, и может быть использовано во всех отИзобретение относится к термообработке сталей, а именно к способам закалки методом погружения, и может быть использовано во всех отраслях машиностроения, в частности в энергетическом машиностроении, при закалке роторов, дисков турбин, турбинных лопаток.

Цель изобретения — упрощение способа и расширение технологических возможностей среды.

Сущность изобретения заключается в том, что перед погружением в закалочную среду нагретого образца изменяют плотность среды, насыщая ее негорючим газом.

Пузыри газа, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкости, изменяют

ЛЮ» И97238 А 1 раGлях маII5!!!ОсTpое!Iия и l;!ст3!0ст!! в энергетическом ма!!и!!!ос !рос!и!и, при закалке роторов, дпсков турб!и!, турбинных лопаток. Целью изобретения является упрощение способа и расширение технологических возможностей закалочной среды. Перед погружением изделия, нагретого до закалочных температур, в закалочную среду ее насыщают любым негорючим газом, обеспечивая ей соответствующую охлаждающую способность. Применение способа позволяет вместо набора закалочных сред иметь на производстве лишь одну закалочную среду с регулируемыми свойствами. 1 з.п. ф — лы, 4 ил., 2 табл. ее теплоемкость. К тому же пузыри воздуха создают теплоизолирующий слой вследствие своей низКой теплопроводности, что также понижает охлаждающую способность закалочной среды, особенно на стадии мартенситных превращений, что предотвращает растрескивание при закалке.

На фиг. 1 схематически изображена кривая охлаждения контрольного образца — зависимость температуры в центре цилиндрического образца от времени где,, ь, о — времена охлаждения центра образца до температуры 750, 350, 100 С соответственно. Средние скорости охлаждения характеризующие охлаждающую способность закалочной среды, в интервалах температур перКонтрольный образец, выполненный из сплава инконель с зачеканенной по центру термопарой, нагревают до температуры выше температуры аустенизации углеродистых сталей, например 850 С, затем охлаждают в данной полимерной среде, насыщенной газом, и при нескольких различных произвольно выбранных степенях насыщения.

После чего по кривой охлаждения контрольного образца (фиг. 1) рассчитывают средние скорости охлаждения в интервале перлитных (750-300ОС) и мартенситных (300-100 С) превращений. Далее строят зависимость средних скоростей охлаждения контрольного образца (характеризующих охлаждающую способность) в интервалах перлитных и мартенситных превращений от плотности (фиг. 2). При каждой степени насыщения, определенным относительным

Ч содержанием газа в жидкости — — ° 100X о

1 где V — объем газа, взвешенного в виде пузырьков в объеме V — жидкости, измеряют плотно сть среды.

Степень насьпцения газом (плотность полимерной закалочной среды) выбирает-. ся такой, чтобы скорость охлаждения контрольного образца в мартенситном интервале температур была не выше

К

2,1 (скорость охлаждения в минес ральном масле в интервале температур

300-100 С) . При этом средняя скорость охлаждения в интервале перлитных пре1 К вращений должна быть не ниже 22 с .(скорость охлаждения в минеральном масле в интервале температур 750о

300 С). Если скорость охлаждения в интервале температур перлитных превращений при степени.насьпцения р (соот ветствующей скорости охлаждения в интервале мартенситных превращений

К К

2,1 ) оказывается. ниже 22, пос с

Степень насыщения закалочной среды определяется по двум градуировоч- 5р ным кривым зависимости охлаждающей способности от плотности, представляющим собой зависимость средних скоростей охлаждения контрольного образца в интервалах мартенситных и пер- 55 литных превращений от плотности среды (фиг. 2).

Градуировочные кривые строят следующим образом. дачу газа включают по достижении поверхностью закаливаемого изделия температуры Мн (начала мартенситных превращений).

3 1497238 литных и мартенситных превращений рассчитывают по формулам:

750 -ьоо 750-300 (К ), "7 о - с зоо-<оо 300-100 К

cj> 3 2 т о-ьоо ьоо- 1оо 1О где V u V Р С средние скорости охлаждения контрольного образца в интервалах перлитных и мартенситных превращений.

На фиг. 2 изображены градуировочные кривые зависимостей средних скоростей охлаждения в перлитном и мартенситном интервалах температур от плотности среды (степени насьпцения).

При плотности закалочной синтетической среды (+ ее охлаждающая способность близка к охлаждающей способности минеральных масел в интервале мартенситных температур. Следовательно, при плотности синтетической за- 25 калочной среды м в ней могут быть закалены без растрескивания все изделия, калящиеся на масло.

На фиг. 3 изображена принципиальная схема закалки по предлагаемому способу с системой автоматического поддержания заданной плотности закалочной среды; на фиг. 4 — распылительная насадка, позволяющая созда" вать двухфазные газожидкостные закалочные среды.

Способ закалки изделии заключается в следующем.

Изделие нагревают до температуры .закалки, затем данное изделие путем погружения в полимерную закалочную среду охлаждают. Перед погружением изделия среду насыщают любым негорючим газом или воздухом, обеспечивая,: изменение плотности, соответственно теплоемкости, а следовательно, и охлаждающей способности данной среды.

Во время охлаждения закаливаемого изделия автоматически поддерживается постоянная выбранная плотность закалочной среды! По окончании закалки изделие извлекают из закалочного бака.

149723

Пример. Закалку по предлагаемому способу проводили в полимерной среде состава, : полимер Na—

КИЦ 2, NaC1 20, Ма В,,О,, 0,5,,вода

Остальное.

Средние скорости охлаждения в интервалах мартенситных и перлитных превращений в синтетической закалочной среде при степени насыщения воз- 10

К духом 10 . составляют 20 и 2,7

Формула изобретения

Способ закалки изделий, включающий регулирование охлаждающей способности закалочной среды, нагрев изделия, выдержку и охлаждение

50 в закалочной среде, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения .и расширения технологических возможностей, регулирование осуществляют посредством насыщения среды негорючим газом.

2. Способ поп. 1, о тл ич аюшийся тем, что, с целью получения заданных свойств у обрабатываемосоответственно в интервале перлитных и мартенситных превращений, что близко к средним скоростям охлалщения контрольного образца в минеральном

К масле 19,2 и 1,68 — — (табл. 1) .

При этом в интервале перлитных превращений обеспечивае тся б олее высоК кая скорость охлаждения 36,0 — — и, следовательно, большая прокаливае мость, механические свойства, твер-. дость. 25

Закалке подвергали изделия из стали 40Х цилиндрической формы )50 мм.

Закалочная среда насыщается воздухом. Относительное содержание воздуха в жидкости 10%. Исходная плоткг ность закалочной среды 1118 — — наМЭ сьпценной газом 1005 кг/м .

Изделия нагревали до температуры о закалки 840 С и затем погружали в закалочный бак 1 (схема оснащения закалочного бака приведена на фиг. 3), оборудованной системой ав f îìàтическоro поддержания заданной плотности (степени насьпцения газом) закалоч- 40 ной среды. Поддержание постоянной степени насьпцения производится сле-. дующим образом. При падении плотности среды ниже заданного значения (превышение заданной степени насыщения) поплавок 2, погруженный в заданную среду на отметку погружения закаливаемого изделия через шток, шарнирйо соединенный с рычагом 3, выключает выключатель 5. Усилие срабатывания выключателя (степень насьпцения) задается регулирующим элементом 4. Сигнал о срабатывании выключателя с управляющего элемента

6 (например, магнитный пускатель) поступает на исполнительный элемент

7, прекращает подачу воздуха в магистраль 8 на распылительные насадки

9. При увеличении плотности закалоч8

6 ной среды (падение степени насыщения) усилие с поплавка уменьшается и рычаг 3 отклоняет цепь управляющего элемента (магнитного пускателя), после чего возобновляется подача газа в насадке 3. Тем самым обеспечи вается автоматическое регулирование плотности закалочной среды. По окончании закалки изделие извлекается из закалочного бака 1.

Данные по трещинообразованию и твердости изделий, закаленных по предлагаемому способу при постоянной степени насыщения 10 и с включением насыщения, начиная с темпераО туры поверхности изделия 400 С, приведены в табл. 2.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет использовать более дешевые полимерные закалочные среды с пониженной концентрацией основных компонентов, доводя их охлаждающие свойства до требуемых при помощи насьпцения газом.

Среды с высокой охлаждающей способностью на стадии перлитных превращений, котбрые не могут быть использованы непосредственно для закалки легированных сталей из-за высокой охлаждающей способности на стадии мартенситных превращений, после насыщения газом могут успешно применяться. При этом обеспечивается прокаливаемость большая, чем при закалке в масле..

Применение предлагаемого способа позволяет вместо набора различных закалочных сред иметь на производстве лишь одну закалочную среду с регулируемыми свойствами, что экономит производственные площади, стоимость оборудования и эксплуатации закалочных баков.

1497238

ro изделия путем выбора оптимапьной степени насыщения среды негорючим газом, предварительно строят экспериТаблица 1

Температурный о интервал, ДТ, С к

Средняя скорость охлаждения, V с

Насьпцение воз- Насыщение воздухом 5%, P = духом 10%, =1062 кг/м =1005 кг/м

Насыщение воздухом с 400 С

Спокойная кость, спок

Vñð 4/Vcnok с Vc

100% 100% юбсоок

100%

36,0 94

5,2 65

93

34,9

7,4

20 52

2,7 34

38,5

7,97

19,2

1,68

76,0

20,3

Таблица2

КоличеТвердость после заСпособ закалки ство деталей с калки, HRC трещинами из 20

40-42

46-49 0

Пол име рная среда

750-300

300-100

Масло

750-300

300-100

Вода

750-300

300-100

Закалка в полимерной среде

Na-КМЦ 2,0%

NaC1 . 20,0%

Na В, 070,5%, насьпценной воздухом до плот но сти 1005 к г/м

Закалка в синтетической среде, насыщенной воздухом, начата при температуре поверхности 400 С ментальные кривые, характеризующие охлаждающую способность среды в зависимости от ее степени насыщения.

Т, С

Z7

750-ЮОО

Vcp, К/С

750ИО

v

Рн Рг

300- mo

Vcp

К/С

1497238

Составитель Т,Бердьппевская

Редактор Н, Киштулинец Техред М.Ходанич Корректор В, Гирняк

Заказ 4408/30 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10!