Способ изготовления металлоизделий шарообразной формы Российский патент 2022 года по МПК B21H1/14 C21D9/36 C21D1/02 B23P15/00 

Известен способ изготовления металлоизделий шарообразной формы (далее - шаров) из низколегированного чугуна с шаровидной формой графита, включающий выплавку чугуна, отливку прутков, прокатку их на стане поперечно-винтовой прокатки, изотермическую закалку с последующим отпуском при температуре 280-320°С (Патент РФ 2082530, МПК В21Н 1/14, С22С 37/10, 27.06.1997 г.).

Недостатком известного способа является то, что не обеспечивается разница между твердостью поверхности и сердцевины шара, следовательно, ниже износостойкость и ударная стойкость; другим недостатком является более сложная и затратная технология термообработки шаров: необходимость наличия оборудования для проведения изотермической закалки в расплаве солей и отпуска в проходном закалочно-отпускном агрегате для обеспечения требуемой твердости шаров.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является способ изготовления мелющих шаров, включающий нагрев непрерывнолитой заготовки, прокатку на сортовом стане горячей прокатки круглых заготовок соответствующего размера, последующий их нагрев в индукционном устройстве, прокатку из них шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1050°С, подстуживание шаров перед закалкой до температуры 840-900°С в подстуживающем барабане с дополнительной подачей воздуха, закалку в закалочном барабане с помощью проточной воды до температуры шаров 125-160°С и самоотпуск шаров в контейнерах (Патент РФ 2596737, C21D 9/36, В21Н 1/14, C21D 1/02, В23Р 15/00, 13.05.2015 г.)

Недостатком данного способа является то, что:

- закалка осуществляется с прокатной температуры выше линии GSE (нижняя часть диаграммы состояния сплавов железо-углерод) [1] с подстуживанием до закалочного значения, что приводит к образованию крупного зерна аустенита и, соответственно, ухудшается характер последующих фазовых превращений;

- для обеспечения 3-5 группы твердости шаров [2] на выходе установки необходимо применение в качестве материала заготовок высокоуглеродистых дополнительно легированных сталей (массовая доля углерода >0,6%).

Техническим результатом изобретения является повышение группы твердости металлоизделий шарообразной формы, их износостойкости и ударной стойкости на выходе установки в случае их изготовления из низколегированных сталей с возможностью уменьшения массовой доли углерода применяемой стали.

Технический результат достигается тем, что в способе производства металлоизделий шарообразной формы, включающем нагрев, прокатку, охлаждение шаров, закалку, отпуск, согласно изобретению производят сквозной нагрев круглых заготовок соответствующего размера в среднечастотном индукционном устройстве, прокатку из них шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1070°С, подстуживание шаров до 620-700°С в подстуживающем барабане с принудительным воздушным охлаждением, поверхностный нагрев шаров до 850-930°С в высокочастотном индукционном устройстве, содержащем вращающуюся транспортировочную трубку и несколько секций индукторов, закалку шаров до температуры 125-160°С в закалочном барабане с охлаждением проточной водой и самоотпуск шаров в контейнерах.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Использование в рассматриваемом способе охлаждения шаров до 620-700°С после прокатки и последующего их поверхностного нагрева до 850-930°С в высокочастотном индукционном устройстве обеспечивает процесс термоциклирования, который позволяет достичь измельчения зерна аустенита и получение мелкодисперсного мартенсита закалки перед отпуском на поверхности шара, что, в свою очередь, увеличивает поверхностную твердость шара. Дальнейший низкотемпературный отпуск способствует перераспределению углерода в мартенсите закалки и образованию мартенсита отпуска. При этом снижаются внутренние напряжения, а высокая твердость и износостойкость остаются на прежнем уровне. Сочетание высокой поверхностной твердости и относительно пластичной сердцевины улучшает свойство противораскалываемости шара, т.е. его способность сопротивляться ударным нагрузкам.

Используемое высокочастотное индукционное устройство [3] содержит вращающуюся транспортировочную трубку из жаропрочного диэлектрического материала, расположенную под некоторым углом наклона к горизонту, по которой движутся обрабатываемые шары. Трубка расположена внутри нескольких секций индукторов. Данное решение обеспечивает равномерный по поверхности (осесимметричный) на заданную глубину нагрев движущихся шаров.

Таким образом, применение предлагаемого способа изготовления шаров позволяет повысить износостойкость и ударную стойкость металлических шаров в случае их изготовления из низколегированных сталей с возможностью уменьшения массовой доли углерода применяемой стали.

Библиография

1. Гуляев, А.П., Металловедение / А.П. Гуляев. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

2. Гост 7524-2015. Межгосударственный стандарт. Шары мелющие стальные для шаровых мельниц.

3. Пат. 2691354 РФ. Установка для поточного индукционного осесимметричного нагрева изделий шарообразной формы / Титов С.С., Безденежных Д.В. (Россия); заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «НПП Система48» (ООО «НПП Система48») (RU).

Изобретение относится к изготовлению металлоизделий шарообразной формы. Осуществляют сквозной нагрев круглых заготовок соответствующего размера в среднечастотном индукционном устройстве, прокатку шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1070°С, закалку шаров до температуры 125-160°С в закалочном барабане с охлаждением проточной водой и самоотпуск шаров в контейнерах. После прокатки производят подстуживание шаров до 620-700°С в подстуживающем барабане с принудительным воздушным охлаждением. Осуществляют последующий поверхностный нагрев шаров до 850-930°С в высокочастотном индукционном устройстве, содержащем вращающуюся транспортировочную трубку и несколько секций индукторов. В результате повышается износостойкость и ударная стойкость металлических шаров.

Способ производства металлоизделий шарообразной формы, включающий сквозной нагрев круглых заготовок соответствующего размера в среднечастотном индукционном устройстве, прокатку шаров на стане поперечно-винтовой прокатки при температуре 950-1070°С, закалку шаров до температуры 125-160°С в закалочном барабане с охлаждением проточной водой и самоотпуск шаров в контейнерах, отличающийся тем, что после прокатки производят подстуживание шаров до 620-700°С в подстуживающем барабане с принудительным воздушным охлаждением и последующий поверхностный нагрев шаров до 850-930°С в высокочастотном индукционном устройстве, содержащем вращающуюся транспортировочную трубку и несколько секций индукторов.