СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ Российский патент 2024 года по МПК C21D6/04 C21D1/56 C21D1/18 

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к термической обработки металла, и может быть использовано для закалки изделий из углеродистой и легированной стали.

Известно, что термическая обработка сталей (далее - термообработка) включает в себя следующие основные этапы: прогрев до заданной температуры, например, до температуры закалки, выдержку при заданной температуре и охлаждение с заданной скоростью. Скорость охлаждения определяется свойствами охлаждающей (закалочной) среды.

Известен способ обработки стальных изделий, включающий последовательно выполняемые нагрев изделий при заданной температуре в течение заданного времени, помещение изделия в специальную среду, обработку глубоким холодом, повторное помещение изделия в специальную среду (а.с. SU 1028726, 10.07.1981). По известному решению, специальной средой является раствор едкого натра и азотнокислого натрия, используемый при температуре от 165°С до 170°С. Окончание обработки в растворе контролируется визуально - по состоянию поверхности изделий. Авторы известного решения отмечают, что при помещении изделия в раствор едкого натра и азотнокислого натрия ванна интенсивно кипит.

К недостаткам известного решения относится риски нанесения вреда жизни и здоровью человека, связанные с необходимостью нахождения оператора в парах щелочного раствора.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ термической обработки изделий из хромистой инструментальной стали, включающий нагрев под закалку, последующее охлаждение и отпуск с нагревом изделия (пат. RU 2404267, 28.10.2009). По известному решению, нагрев под закалку осуществляют до температуры 850-890°С, последующее охлаждение сначала проводят в насыщенном растворе поваренной соли до достижения изделием температуры 250-450°С, а затем выполняют охлаждение в масле до комнатной температуры, причем отпуск производят с нагревом изделия в масле до температуры 190-210°С в течение 2-3 ч в зависимости от его размеров и затем нагретое изделие переносят в масло комнатной температуры, которое периодически перемешивают, и охлаждают изделие до комнатной температуры.

К недостаткам известного решения относится, во-первых, необходимость использования двух разнородных закалочных сред, что может приводить к загрязнению второй среды, и, во-вторых, к загрязнению рабочего места при перенесении изделий из масляной ванны в печь для отпуска и обратно. Кроме того, закалочную среду, в которую помещают деталь после отпуска, необходимо перемешивать, что требует наличия либо специальной механизма с приводом, либо человека, который будет выполнять эту операцию. Это усложняет и удорожает процесс и конечно изделие.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание процесса термообработки, не требующего наличия двух разнородных закалочных средств, не представляет угрозы для жизни и здоровья оператора и не требует дополнительных механизмов.

Техническим результатом осуществления предлагаемого изобретения является обеспечение заданной высокой твердости при отсутствии в детали закалочных трещин путем применения достаточно простого и относительно безопасного технологического процесса термической обработки.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет соблюдения заданной последовательности действий и применения специальных сред для охлаждения детали после закалки и для обработки глубоким холодом, указанных в пункте 1 формулы изобретения.

Подготовка детали к термообработке включает общеизвестные мероприятия, не являющиеся предметом охраны по настоящей заявке.

Предлагаемый в качестве настоящего изобретения способ термической обработки стали осуществляется по следующему алгоритму:

- прогрев предварительно подготовленной детали в печи до температуры закалки, определяемой по справочным данным для конкретной марки стали; длительность прогрева определяется расчетным путем из условия 2 мин на каждый миллиметр толщины поперечного сечения детали;

- выдержка в печи при температуре закалки; длительность выдержки определяется расчетным путем из условия 1 мин на каждый миллиметр толщины поперечного сечения детали;

- охлаждение в закалочной среде до достижения деталью температуры от минус 15°С

до минус 13°С; продолжительность нахождения детали в закалочной среде от 15 до 20 с;

- обработка детали глубоким холодом в среде изопропилового спирта при температуре минус 40°С в течение 12 ч;

- прогрев на воздухе до температуры нормальных условий;

- низкий отпуск при температуре 120°С в течение 40 мин;

- охлаждение на воздухе.

В качестве закалочной среды могут быть использованы, например, но не исключительно вода с добавкой лактата натрия, водные растворы хлорида кальция, хлорида натрия и едкого натра.

Применение изопропилового спирта для обработки деталей глубоким холодом создает незначительные риски для персонала. Известно, что изопропиловый спирт широко применяется в медицине и косметологии. Его добавляют в парфюмерию и косметику. Он представляет собой «превосходное дезинфицирующее средство для рук» (URL: https://florestina.ru/blog/sovety-pokupatelyam/izopropilovyy-spirt-primenenie-sostav/ (дата опубл.: 27.09.2021)). Основную опасность изопропанол представляет при вдыхании его паров и употреблении внутрь в виде жидкости. Однако при температуре минус 40°С эти риски, практически, равны нулю.

Пример №1 осуществления предлагаемого способа термической обработки стали.

Обрабатывали деталь в форме параллелепипеда с толщиной в поперечном сечении 7 мм, изготовленную из стали 60С2А. По требования конструкторской документации, твердость после термической обработки должна составлять от 65 до 68 HRC.

Температуру закалки установили 870°С.

Продолжительность прогрева в закалочной печи определяли, как произведение тол-щины детали (7 мм) на 2: 7×2=14 мин.

Продолжительность выдержки в печи при температуре закалки определяли, как произведение толщины детали (7 мм) на 1: 7×1=7 мин.

В качестве закалочной среды использовали воду с добавкой лактата натрия.

Деталь находилась в закалочной среде в течение 20 с, после чего ее температура составила минус 15°С.

После окончания термической обработки измеряли твердость и проверяли деталь на наличие закалочных трещин.

Твердость измеряли трижды по ГОСТ 9013-59. Измеренные значения приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты измерения твердости детали из стали 60С2А
- Марка материала образца Твердость, HRC Результат измерения №1 Результат измерения №2 Результат измерения №3 Сталь 60С2А 66 66 65

После закалки деталь проверили на отсутствие трещин. Трещин не обнаружено.

Пример №2 осуществления предлагаемого способа термической обработки стали.

Обрабатывали деталь в форме параллелепипеда с толщиной в поперечном сечении 7 мм, изготовленную из стали 95Х18. По требования конструкторской документации, твердость после термической обработки должна составлять от 65 до 68 HRC.

Температуру закалки установили 870°С.

Продолжительность прогрева в закалочной печи определяли, как произведение толщины детали (7 мм) на 2: 7×2=14 мин.

Продолжительность выдержки в печи при температуре закалки определяли, как произведение толщины детали (7 мм) на 1: 7×1=7 мин.

В качестве закалочной среды использовали воду с добавкой хлорида кальция. Деталь находилась в закалочной среде в течение 15 с, после чего ее температура составила минус 13°С.

После окончания термической обработки измеряли твердость и проверяли деталь на наличие закалочных трещин.

Твердость измеряли трижды по ГОСТ 9013-59. Измеренные значения приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты измерения твердости детали из стали 95Х18 Марка материала образца Твердость, HRC Результат измерения №1 Результат измерения №2 Результат измерения №3 Сталь 95Х18 67 65 66

Трещин не обнаружено.

Предлагаемый в качестве настоящего изобретения способ термической обработки стали используется в серийной технологии изготовления клинков в ООО «АРХОНТ».

Изобретение относится к термической обработке деталей из стали. Способ термической обработки детали из стали включает нагрев под закалку, выдержку при температуре закалки, последующее охлаждение и отпуск, при этом длительность нагрева под закалку определяют расчетным путем из условия 2 мин на каждый миллиметр толщины поперечного сечения детали, длительность выдержки детали в печи определяют расчетным путем из условия 1 мин на каждый миллиметр толщины поперечного сечения детали, охлаждение выполняют в закалочной среде до достижения деталью температуры от минус 15°С до минус 13°С, продолжительность нахождения детали в закалочной среде составляет от 15 до 20 с, после чего осуществляют обработку детали холодом в среде изопропилового спирта при температуре минус 40°С в течение 12 час, прогрев на воздухе до температуры нормальных условий, низкий отпуск при температуре 120°С в течение 40 мин, и охлаждение на воздухе, при этом в качестве закалочной среды используют воду с добавкой лактата натрия или водный раствор хлорида кальция, или водный раствор хлорида натрия, или водный раствор и едкий натр. Технический результат заключается в обеспечении заданной высокой твердости детали из стали при отсутствии в детали закалочных трещин. 2 табл.

Способ термической обработки детали из стали, включающий нагрев под закалку, выдержку при температуре закалки, последующее охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что длительность нагрева под закалку определяют расчетным путем из условия 2 мин на каждый миллиметр толщины поперечного сечения детали, длительность выдержки детали в печи определяют расчетным путем из условия 1 мин на каждый миллиметр толщины поперечного сечения детали, охлаждение выполняют в закалочной среде до достижения деталью температуры от минус 15°С до минус 13°С, продолжительность нахождения детали в закалочной среде составляет от 15 до 20 с, после чего осуществляют обработку детали холодом в среде изопропилового спирта при температуре минус 40°С в течение 12 час, прогрев на воздухе до температуры нормальных условий, низкий отпуск при температуре 120°С в течение 40 мин, и охлаждение на воздухе, при этом в качестве закалочной среды используют воду с добавкой лактата натрия или водный раствор хлорида кальция, или водный раствор хлорида натрия, или водный раствор и едкий натр.