Способ закалки стальных изделий Советский патент 1983 года по МПК C21D1/58 

СО

со сд сд

4 Изобретение относится к термичес кой обработке, в частности к закалке стальных изделий, и может быть использовано в машиностроительной, станкостроительной, автомобильной, судостроительной и других отраслях промыяленности, где применяется закалка металлических изделий в угл водородном масле. Известен способ закалки металлических изделий, заключающийся в том что нагреваемая до нeoбxoди ь7x температур деталь с помощью механизмов погружается в открытую или закрытую (герметизированную) ванну, -где она охлаждается до температуры углеводородного магсла Cl 3. Известен способ закалки стальных изделий, заключающийся в том, что. нагретые.изделия охлаждаются я масляной ванне, зеркало которой закрыто инертным газом, благодаря этому достигается пожарная безопасность 2 Наиболее близким -по технической сущности кпредлагаемому является способ закалки стальных изделий,вкл чающий нагрев до температуры аустенизации и охлаждение в масле, в котором газы, образующиеся в процессе закалки металлических изделий в мас ле, собирают и направляют на обезвреживание в нагревательную печь, где они сгорают Сз , Общие недостатки известных способов: при погружении металлических изделий в закалочную масляную ванну с ее поверхности выделяется большое количество вредных газообразных соединений;, масло испаряется и частично, сгорает, т.е. имеются потери ценного продукта; выделяющиеся вред ные компоненты необходимо собрать и обезвредить, что техническитрудно выполнитьf сбор и обезвреживание вр ных выбросов требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. Целью изобретения является сниже ние расхода масла и уменьшение выбр са вредных соединений в атмосферу. Поставленная цель достигается тем что согласно способу закалки стальных изделий, включающему нагрев до температуры аустенизации и охлаждение в масла , поверхность масла покрывают пеной на основе эмульсии масло - вода. Причем эмульсию масло - вода стабилизируют поверхностно-активным веществом. Кроме того в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсульфат натрия с длиной алкильного радикала С.,, . В качестве поверхностно-активных веществ (ПАВ), вводимых в водную фазу эмульсии, могутг быть использованы также алкилбензолсульфонаты натрия с длиной алкильного радикала олефинсульфонаты натрия ,. Используемые ПАВ, служащие одновременно стабилизатором эмульсии и стабилизатором пены, являются биологически легко разлагающимися, нетоксичными ПАВ,Предлагаемый способ включает следующие основные операции: приготовление эмульсии из смеси масла и водного раствора ПАВ; получение пены из эмульсии и подача ее на поверхность масляной ванны с поддержанием определенной высоты слоя пены; погрЗужение металлического изделия через слой пены в масло. Способ осуществляется следующим образом. Прямую эмульсию типа масло в воде готовят путем смешения компонентов масло - водный раствор ПАВ при соотношениях (20-80 ):(80-20). Концентрация ПАВ, например, нетрийалкилсульфатов С-„ составляет 0,5-5%, Полученную из эмульсии пену любым ;способом, например барботажным, с применением в качестве газовой фазы :воздуха или инертного газа (азота и др.), наносят на поверхность масла закалочной ванны Сна всю ее поверхность или только на ту ее часть, где нагретая деталь погружается в масло). Заданная кратность пены поддерживается путем определенного расхода газовой составляющей. Предпочтительно .использовать пену кратностью 1030, имеющую устойчивость 3-4 ч. Металлические изделия нагревают в соответствии с требованием закалки до необходимой температуры, затем погружают через слой пены в углеводородное масло (индустриальное, веретенное и др.). При погружении нагретого изделия в масло,на поверхности которого находится слой пены, последняя разрушается лишь в объеме, несколько превышающем объем самого издалия. Это обусловлено тем, что пена состоит на 90-95% из воздушных просгюек, имеющих низкую теплопроводность, благодаря чему тепло на успевает распространиться на значительный объем пены. После прохождения изделий через слой пены последняя смыкается над изделием и образует укрытие, которое работает тем эффективнее, чем больше Слой пены преВышаёт профиль закаливаемого изделия. По мере дальнейшего опускания изделия оно достигает поверхности масла, причем масло не возгорается, а лишь испаряется. Эти пары масла задерживаются вышележащим -слоем пены, конденсируются и частично стекают обратно . в масляную ванну. Пример 1, В цилиндр, содержащий 300 мл 3%-ного раствора натрийалкилсульфонатов , приливают

700 МП масла И-20. Цилиндр закрывают пробкой к эмульгируют содержимое встряхиванием. Эмульсию вспенивают в барботажном пеногенераторе и пену, кратностью 20, подают на поверхность в опытную закалочную ванну, содержащую 10 кг масла И-20. Высоту слоя пены устанавливают 100 мм, масса

которой составляет 0,6 кг.

Нагретую до 800 С металлическую деталь массой 1 кг и размерами Ю 160x80x10 мм опускают через слой пены в масло с периодичностью 60 раз в час. Температуру закалочного масла поддерживают, в пределах ТО-ВО с. После закалки 60 деталей масса масла 15 с пеной составляет 10,520 кг.

Убыль масла в закалочной ванне после закалки 60 деталей составила 80 г или в г ересчете на одну деталь 1,33 г.20

Пример 2. В цилиндр, содержащий 300 мл 3%-ного раствора натриевой соли алкилбензолсульфонатов с длиной алкильного радикала Сд-С, приливают 700 мл масла И-20. Цилиндр г закрывают пробкйй и эмульгируют содержимое встряхиванием.Всё дальнейшие операции проводят аналогичйо примеру 1, Масса масла после закалки 60 деталей составляет 10,575 кг.

Расход масла И-20 при закалке 60 30 деталей составляет 25 г или в пересчете на 1 деталь 0,41 г.

Пример 3. В цилиндр, содержащий 300 мл 3%-ного раствора натрийолефинсульфонатов , приливали 35 700 мл масла И-20. Все дальнейшие операции проводят по примеру 1. .Масса масла после закалки 60 деталей составляет 10,520 кг.

Расход масла И-20 при закалке 60 40 деталей - 80 г, или в пересчете на одну дуталь 1,33 г.

: Пример 4.В цилиндр, содержащий 700 г/ш 3%-ного раствора натрийапкилсульфатов С г приливают . 300 мл масла И-20. Дальнейшие операции проводят по примеру 1. Масса масла после закалки 60 деталей составляет 10,515 кг. Расход., масла И-20 при

акалке 60 деталей составил 85 г .

ли в пересчете на одну деталь 1,41 г 50

Пример 5. В цилиндр, содеращий 300 мл.3%-ного раствора натрийалкилсульфатов Ол-С, приливают

700 МП масла И-2(1, содержимое эмульируют встряхиванием. Эмульсию вспе- 55

нивают на барботажном пеногенераторе и пену, -кратностью 40, подают на поверхность в опытную закалочную ванну, содержащую 10 кг масла И-20. Высоту слоя пены устанавливают 100 мм, масса которой составляет 0,3 кг. После закалки 60 деталей масса масла составляет 10,225 кг.

Убыль массы масла в закалочной ванне после закалки 60 деталей составляет 75 г или в пересчете на. одну деталь 1,25 г.

Для сравнения проводили контрольные испытания закалки деталей в . маете И-20 без слоя пены.

Пример 6. Эксперимент проводят по примеру 1, но без добавления пены.

Масса масла до закалки деталей составляет 10 кг, а посЛе закалки 60 деталей - 9,460 кг. Удельный расход масла на одну деталь составляет 9г.

Предлагаемый способ был опробован в промышленных условиях при закалке рессор из стали 60С2 для большегрузного автомобиля. Испытания показали, |Что при закалке рессор в масле через ;слой пены твердость поверхности рессоры находится практически на том же уровне, что и при закалке в маеле без слоя пены. Участков побежалости и мягких пятен на поверхности рессор в обоих методах закалки не обнаружено.

В случае закалки изделии в масляной ванне с пеной на поверхности сиижаются значительно потери масда,так как пары-масла задерживаются слоем пены. Объем вредных выбросов,.образующихся из разрушающегося слоя лены, незначителем, так как это слой на 90-95% состоит из воздушных пузырьков. При этом прочностные характеристики изделия не изменились.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа следующие: потери масла от испарения снижаются примерно на 90%; исключается необходимость строительства громоздких, дорогих и малоэффективных устройств по очистке путем организации, например, бортового отсоса выбросов и их обезвреживания либо методом термического сжигания, либо методом катал.итического окисления; улучшаются условия труда для работающих.

1. СПОСОБ ЗАКАЛКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий нагрев до температуры аустениэации и охлаждение в маете, отлич ающийся тем, что, с целью снижения расхода масла и уменьшения выброса вредных соединений в атмосферу, поверхность масла покрывают пеной на основе эмульсии масло - вода. 2.Способ ПОП.1, ОТЛИч ающн и ся тем, что эмульсию масло - вода стабилизируют поверхностно-активным веществом. 3.Способ по пп. 1 и 2, о. т л и чающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества испоЛьзуют алкилсульфат натрия с длиной алкильного радикала C,j,-C,.