Способ термической обработки металлических изделий Советский патент 1986 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве упрочняющей термической обработки изделий из стали и сплаво в автотракторостроении, сельскохозяйственных машинах с массовым производством однотипных, преимуществено осесимметричных, тяжелонагруженных деталей из конструкционных сталей.

Цель изобретения - повышение конструктивной прочности.

Предпагаемьй способ позволяет срнительно просто создать оптимальное распределение структур и свойств в поперечном сечении Изделия, которое iro своим свойствам Ирибш-пкается к

коьшозиционным материалам, сочетающим высокую прочность, твердость и ударную вязкость.

Известно, что наибольшее количество дефектов, ответственных за хрупкое разрушение, образуется вблизи поверхности изделия в результате воздействия различных видов обработок. Опасность дефекта, например трещин, зависит от ее длины и э(||фек тивного радиуса при вершине, что выражается в формуле ддтя прочности xpynKi-tx материалов с трещиной:

(1)

где 6. предел прочности при растяжении ;

Е - модуль упругости; С - длина трещины; р - радиус вершины трещины. Зная про гаость материала в хрупком состоянии, можно оценить параметры исходной трещины, в частности длину

c.(.- (2)

,0,,1Е

е:

Известно та1сже, что приведение материала в пластическое состояние способствует нейтрилизации очагов хрупкого разрушения, но приводит к разупрочнению всего изделия нз-за снижения устойчивости и к пластической деформации. Очевидно оптима.Т1Ь- ное состояние для изделия с поверхностными дефектами - состояние с пластической поверхностью, твердой и прочной сердцевиной.

Минимально нeoбxoд Iмy:o глуби.ну пластического слоя можно оценить, используя формулу (2)

С

(

S КС

с, Г„п

в мин

(3)

к - доверительный коэффициент,

К 2.

Необходимо также, чтобы глубина распространения пластического слоя ограничивалась необходимым сечением сердцевины для проявления эффекта упрочнения

Р. РП(4)

где Р и Рр - максимальные нагрузки, приходящиеся соответственно на сердцевину и пластический слой.

Дтя осесимметричных изделий условие (4) раскрывается в виде

б.Т (R В )% 6, ТТ R (R -ё f, )

где 6 и б - прочности сердцевитш и

пластической поверхности соответственно; R - радиус изделия. Решение (5) относительно S дает

,t.R()...(6)

Соотношения (З) и (6) дают уело-. ВИЯ для определения глубины пластической зоны

|(b-/J),.., (7)

При нагреве поверхности до температуры на 30-400°С ниже Аг происходит отпуск приповерхностной зоны и исключается повторная закалка при быстром охлаждении. Последнее производится со скоростью

„ 4 г„ ЭсдТ (),

(8)

с предотвращения распространения зоны отпуска за указанные пределы,, а тагоке развития отпускной хрупкости.

Скорость охлаждения оценивается E3 условия предотвращения распространения темзтературы отпуска за заданН1)1е Если поверхность быстро прогревается до температуры Т на глубину SP, (глубина распространения тепла за это время мала по сравнению с S, ), то, очевидно, необходи3 .

мая скорость охлаждения определяется временем в течение которого изо- терма температуры отпуска достигнет глубины S . Если за это время Тс охладить поверхность на иТ, то дальнейшее распространение фронта вглубь изделия замедлится и прекратится. Отсюда, если принять начальную температуру за 0°С,

, Л1. . В

Если S «D/2, то для простоты определения Ig, можно воспользоваться решением уравнения теплопроводности в виде функции ошибок

Т

Ф (

2ГэгБ

Движение изотермы Т тогда определяется условием

ф (;

) i.

2 {la Т, фронт достигает 5 , когда

- гв1г-

Таким образом, если

(2„)

то время L определяется из условия

. & - 4zr eПолученная оценка (10) является нижним пределом в силу допущения (9), так, что f t.

лТ - оценивается из теплового баланса и соответствует условно осИзвестныйПредлага еный

1000 2230

ВНИИПИ Заказ 3063/25 Тираж- 552

Произв.-полигр. пр-тие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

2359374

тавгаемуся количеству тепла после прохождения заданного отпуска. Тепло , необходимое для отпуска, можно оценить, исходя из геометрических 5 соображений по кривой IW, аппроксимируя ее прямой, проходящей через точки (0,5 Т ,5„ ) и (Т, 6). Тогда

I

10

О - 925 т; (B-SJ

Нн --т;---2т,

где полное тепло Я„ .

Оставшееся количество теплоты

15

20

QA (

откуда,

&Т а

,-QN T,s,

, S- 8„ Т V

1 ),.

Оп

т Г1 . 1- 4,

V йТД$. .

Тл ), Т„-2Т„

25

30

35

,

40

Пример. Способ опробован на образцах диаметром 10 мм и базовой длиной 100 мм из стали 40ХН, Образцы закаливают от температуры 840 - 850°С в селитровой ванне с температурой 160 - 180°С и выдерживают 30 мин. После этого производят от- пуск поверхности на высокочастотной индукционной установке с выходной мощностью 10 кВт и частотой 440 кГц. Нагрев и охлаждение производят не- прерьгоно - последовательно в воду, и регулируют скоростью прохождения образца в индукторе. Поверхность прогревают до 700 °С, скорость охлаждения достигает 800 град/с, при этом поверхность отпускают на глубину . 1,5-2 мм, что согласуется с

формулой (8). Образцы подвергают испытанию на разрыв. Результаты и

данные для сравнения приведены в таблице (разброс данных не виходит за пределы 15%).

800

1510 2730

П 6

45 34

Подписное