СПОСОБ ЗАКАЛКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СТАЛИ 12Х2НВФА В УПРАВЛЯЕМОМ ПОТОКЕ ВОЗДУХА Российский патент 2018 года по МПК C21D1/613 C21D9/08 

Изобретение относится к термической обработке длинномерных тонкостенных деталей из стали 12Х2НВФА (ЭИ712) в управляемом потоке воздуха и может быть использовано в машиностроительной и радиотехнической промышленности. Предлагаемый способ применим для деталей с толщиной до 10 мм.

К аналогам предлагаемого изобретения следует отнести «способ правки стальных тонкостенных труб, совмещенный с закалкой» [1]. Способ включает в себя нагрев трубы, в нагретом состоянии проведение операции правки с помощью приспособлений и закалку сжатым воздухом. К недостаткам данного способа следует отнести:

- производящуюся поштучно закалку труб, что нерационально в условиях средне- и крупносерийного производства;

- использование как минимум двух приспособлений для правки детали с момента выемки из печи замедляет ее скорость охлаждения и вызывает эффект подстуживания перед процессом закалки, за счет этого снижается качество закалки;

- закалку сжатым воздухом, подаваемым на наружную часть трубы и способствующим рассеиванию выделившегося из разогретой трубы тепла в рабочее помещение, что ухудшает микроклимат цеха.

Поэтому применение данного способа справедливо в случае, когда нет возможности производить нагрев труб в подвешенном вертикальном состоянии, чтобы исключить коробление, а также для труб, изготовленных из таких марок сталей, которые способны закаливаться на воздухе. Согласно [1] в данном случае охлаждение сжатым воздухом не является обязательной операцией.

Существует «способ закалки длинноразмерных металлических изделий» [2]. В данном способе длинноразмерные детали, в частности ножи для дорожных машин, при непрерывном перемещении по производственной линии нагреваются установкой ТВЧ с последующим охлаждением сжатым воздухом, а в дальнейшем подвергаются отпуску. Описанный способ охлаждения [2] обеспечивает только локальное охлаждение детали в необходимых ее областях для обеспечения ее работоспособности.

Существенным недостатком вышеприведенных способов является применение потоков сжатого воздуха непосредственно на охлаждаемую деталь, что приводит к образованию турбулентных потоков, снижающих скорость охлаждения деталей. Также, в зависимости от конфигурации детали, охлаждающие потоки, достигая поверхности детали под давлением, будут рассеиваться под разными углами. Поэтому поток рассеиваемого тепла будет носить неуправляемый характер и распространяться по всему помещению, снижая условия охраны труда, повышая вредность работ со всеми вытекающими последствиями.

В качестве прототипа был выбран ГОСТ11268-76 [3], согласно которому [3, таблица 4] закалку стали марки 12Х2НВФА с температуры аустенизации необходимо проводить в масле. Согласно прототипу закалка производится следующим образом: деталь или садку, сформированную из нескольких длинномерных, тонкостенных деталей, на приспособлении помещают в печь, разогретую до температуры 910°C, после прогрева садки ее вынимают из печи и перемещают в закалочный бак с маслом. В дальнейшем, после операций очистки от масла, деталь или садку помещают в печь для отпуска.

В промышленности, где для закалки длинномерных деталей используют шахтные печи, объемы садки достигают несколько кубических метров, а также массу до нескольких тонн. В условиях АО «ФНПЦ «ННИИРТ» загружаемые в печь детали в совокупности составляют садку диаметром до 90 сантиметров и длиной до 2,7 метра. Масса садки составляет до 300 кг. В таком случае потребуется закалочный бак с маслом объемом до восьми кубических метров, требующий систему охлаждения масла, систему перемешивания масла, систему вытяжной вентиляции. Помещение при этом потребует проведения мероприятий по пожарной безопасности, охране труда и улучшения микроклимата на производстве. Также потребуются дополнительные операции обезжиривания деталей после закалки и мероприятия по периодической замене масла и чистке закалочного бака от окалины.

Исходя из вышеуказанного, можно выявить следующие недостатки прототипа: высокая себестоимость и сложность процесса закалки; требование наличия сложного и дорогостоящего закалочного оборудования и расходных материалов; внедрение дополнительных технологических операций, повышенный уровень пожароопасности, а также наличие негативных факторов, влияющих на здоровье работников производства и способствующих ухудшению экологии.

Техническим результатом предлагаемого способа является: упрощение и сокращение технологического процесса закалки, при одновременном снижении себестоимости и уровня пожароопасности, а также при устранении негативных факторов, влияющих на здоровье работников производства и способствующих ухудшению экологии.

Технический результат достигается следующим способом. Длинномерные тонкостенные детали в верхней их части вертикально подвешиваются на приспособление (консоль), тем самым, формируется садка; садка помещается в печь шахтного типа, разогретую до температуры аустенизации - 910-930°C; по достижении прогрева садка перемещается из печи в кабину охлаждения, где в верхней части установлена вытяжная вентиляция, обеспечивающая управляемый ламинарный относительно деталей воздушный поток, направленный снизу вверх, с расходом не менее 0,45 м³/с, а в нижней выполнены вырезы для забора воздуха.

Ввиду того, что закалка в потоке воздуха проводится в кабине, тепло от нагретой садки локализуется внутри нее и выводится за пределы рабочего помещения через вентиляционный канал пропускаемым через дно кабины вверх потоком воздухом с расходом не менее 0,45 м³/с.

Благодаря этому, во-первых, улучшается микроклимат помещения, а во-вторых, в кабине обеспечивается ламинарный по отношению к деталям воздушный поток, проходящий снизу вверх и способствующий увеличению скорости охлаждения садки [4]. Кроме того, вертикальное подвешивание садки предотвращает деформацию длинномерных деталей при охлаждении. Время охлаждения садки массой около 300 кг с температуры аустенизации до температуры производственного помещения не превышает 20-25 минут.

Высокие скорости продувки садки способствуют растворению в воздушном потоке и выводу за пределы зоны охлаждения максимального количества тепла, выделяемого разогретой деталью. При этом удаляемый поток воздуха из кабины, ввиду высокой скорости, не нагревается до критических температур, благодаря чему не выводит из строя вытяжную вентиляцию и не приводит к травмированию персонала.

Результаты металлографического анализа, проведенного с целью сравнения качества термической обработки стали 12Х2НВФА по ГОСТ 11268-76 и предлагаемым методом, показали, что предлагаемый метод по качеству микроструктуры идентичен качеству микроструктуры образца, термически обработанного в соответствии с ГОСТ 11268-76. Небольшая разница в количестве выделенной ферритной фазы в структуре свидетельствует о подстуживании садки. Так как на практике садка является массивной, то извлечение ее из рабочего пространства печи, а также перемещение в кабину охлаждения потребует необходимого времени.

Согласно требованиям техники безопасности, с целью удаления тепла, выделяемого печью при открывании крышки, рядом с оборудованием необходимо устанавливать вытяжную вентиляцию. Работающая вентиляция не только локализует тепло, выделяемое печью, но и способствует подстуживанию садки.

Следовательно, выделенная из аустенита ферритная фаза до 8-ми % является производственно-неизбежной. Структура считается удовлетворительной согласно заключению аккредитованной металлографической лаборатории [5].

Таким образом, благодаря тому, что предлагаемый способ позволяет производить закалку деталей из стали 12Х2НВФА с температуры аустенизации в управляемом потоке воздуха, с расходом не менее 0,45 м³/с, исключаются операции по обезжириванию и очистки деталей от масла, что сокращает и упрощает общий технологический процесс. Кроме того, исчезает потребность в закалочном баке, что снижает себестоимость закалки и уровень пожароопасности в производстве, устраняет негативные факторы, влияющие на здоровье работников производства и способствующие ухудшению экологии, в частности выбросы паров масла в атмосферу. Предложенный метод внедрен в производство и активно используется.

Список цитируемой литературы:

1. Патент на изобретение RU 2537981 C1 «Способ правки стальных тонкостенных труб, совмещенный с закалкой».

2. Патент на изобретение RU 2437943 C1 «Способ закалки длинноразмерных металлических изделий».

3. ГОСТ 11268-76 «Прокат тонколистовой специального назначения из конструкционной легированной высококачественной стали. Технические условия».

4. «Закалка в управляемом потоке масла - новый взгляд на привычные проблемы», В.Я. Сыропятов, Е.В. Ильичев, ж. «Оборудование и инструмент для профессионалов» №5, 2008 г.

5. Заключение лаборатории ООО «Головной Аттестационный Центр Верхне-Волжского региона», свидетельство об аккредитации № ИЛ/ЛРИ-00301.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроительной и радиотехнической промышленности. Техническим результатом изобретения является упрощение и сокращение процесса закалки и улучшение экологии. Для достижения технического результата длинномерные тонкостенные детали толщиной до 10 мм из стали 12Х2НВФА (ЭИ712) в верхней их части вертикально подвешивают на приспособление – консоль для формирования садки. Садку помещают в печь шахтного типа и нагревают до температуры аустенизации 910-930°C, по достижении прогрева садку перемещают из печи в кабину охлаждения, где в верхней части установлена вытяжная вентиляция, обеспечивающая управляемый ламинарный относительно деталей воздушный поток, направленный снизу вверх, с расходом не менее 0,45 м³/с, а в нижней выполнены вырезы для забора воздуха. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ закалки тонкостенных длинномерных деталей из стали 12Х2НВФА в управляемом потоке воздуха, включающий нагрев деталей до температуры аустенизации и охлаждение, отличающийся тем, что охлаждение с температуры аустенизации проводят в ламинарном воздушном потоке с расходом не менее 0,45 м³/с, направленном с помощью вытяжной вентиляции снизу вверх.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что детали подвешивают вертикально.