Способ термической обработки цилиндрических металлических изделий Советский патент 1987 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано при термической обработке крупных продолговатых цилиндрических изделий, например валов

Цель изобретения - улучшение качества изделия путем снижения временных температурных и остаточных напряжений.

Сущность изобретения заключается в том, что охлаждение поверхности изделия производят не одновременно по всей площади, а последовательно, подвергая воздействию охлаждающей среды часть боковой поверхности изделия вдоль образующей. Одновременно .охлаждают 30-40% боковой поверхности изделия. При этом охлаяодаемую зону непрерывно и равномерно смещают в одном направлении, оставляя ее площадь неизменной. Кроме того, скорость смещения охлаждаемой зоны выбирают так, что временные температурные напряжения остаются упругими .

Циклы охлаждения повторяют до полного охлаждения изделия.

При охлаждении изделия в указанных условиях происходит его упругий изгиб, уменьшается жесткость напряженного состояния, снижается уровень временных температурных и остаточных напряжений по сГравнению с охлаждением по всей поверхности одновременно.

Оптимальным является охлаждение 35% площади цилиндрической поверхности изделия, что соответствует погружению на 0,55 радиуса. Охлаждение 30-40% площади, обеспечивая низкий уровень напряжений, облегчае осуществление способа. При охлаждении одновременно более 40% площади начинает теряться одно из основных преимуществ способа для зон изделия прилегающих к поверхности активной охлаждающей среды, т.е. влияние изгиба заготовки. При одновременном охлаждении в воде 50% площади максимальные остаточные напряжения на поверхности достигали 120 МПа, Дальнейшее увеличение охлаждаемой площади вызьшает повышение напряжений, вплоть до уровня, соответствующего всестороннему охлаждению.

При одновременном охлаждении 25% площади уровень напряжений по сравнению с охлаждением 35% площади пратически не отличается, но это приводит к необходимости замедления скорости смещения охлаждаемой зоны и понижению производительности.

Равномерное смещение зоны охлаждения в одном направлении с определенной скоростью позволяет регулировать- уровень временных температурных напряжений, не превьшая значений предела текучести материала, и, кроме того, предотвращает остаточный прогиб изделия.

Повторение циклов охлаждения повышает его -Эффективность.

Появление небольших остаточных напряжений возможно за счет релаксации временных температурных напряжений.

Скорость смещения зоны охлаждения,

которое можно осуществлять вращением изделия, частично погруженного в охлаждающую среду, подбирают расчетом. По известным методикам рассчитывают время, соответствующее максимальному перепаду температур поверхности и центра изделия при всестороннем охлаждении. Это время уменьшают в 2- 3 раза.. Скорость смещения охлаждаемой зоны должна быть такой, чтобы

время нахождения каждого участка изделия в охлаждающей среде за один цикл было в этих пределах.

Если охлаждение изделия производят вращением его в выбранной среде при частичном погружении, скорость вращения подсчитывают по формуле

k п -jT - а,

где п - скорость вращения,об./мин; k - число, показывающее, во

сколько раз уменьшено время охлаждения, соответствующее максимальному перепаду температур поверхности и центра при всестороннем охлаждении в данной средеi

а - доля одновременно охлаждаемой боковой поверхности в относительных единицах;

t - время наступления максимального перепада температур при всестороннем охлалздении, мин.

30% или 0,3 боковой поверхности цилиндра соответствуют погружению его на 0,41 R, где R - радиус цилиндра, 35% - 0,53 R, 40% - 0,69 R.

Приме p. Проводили термическую обработку заготовки вала диаметром 190 мм из стали 40Х - закалку с отпуском при .После отпуска охлаждение заготовки произвели путем погружения в воду при на глубину 52 мм, что соответствует 35% боковой поверхности, и вращения со скоростью 1 об./мин в течение 15 мин. Время, соответствующее максимальному перепаду температур по сеч.ению такого цилиндра при всестороннем охлаждении, равно 1,08 мин. Необходимые для

расчета

средние о

в интервале темпеСпособ термической обработки цилиндрических металлических изделий, преимущественно валов длиной более 2,5 диаметра, включающий закалку,

ратур 20-630 С значений коэффициентов 15 отпусд, охлаждение после отпуска цитеплоотдачи, теплопроводности и температуропроводности приняты соответственно oi 6000 Вт/м2-((, Вт/м.К,а 0,03 м2/ч.

Найденное время уменьшили в три 20 раза. Определяли необходимую скорость вращения при одновременном охлаждении 35% боковой поверхности цилиндра

п -

0,35 0,97 1 об./мин.

После полного охлаждения на поверхности заготовки определили экспе риментально остаточные напряжения методом нанесения разгружающих канавок и тензометрирова нием.

Максимальная величина остаточных напряжений равна 80 МПа, т.е. по сравнению со всесторонним охлаждением уменьшилась в несколько раз.Механические свойства металла заготовки соответствовали таковым после всестороннего охлаждения в воде, призна ков проявления отпускной хрупкости металла не обнаружено.

Использование предложенного способа обеспечивает по сравнению с изРедактор В. Данко Заказ 7602/28

Составитель А. Кулемин

Техред А.Кравчук Корректор В. Бутяга

Тираж 550 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

вестными способами термической обработки следующие преимущества: сокращение режима термической обработки низкий уровень остаточных напряженийj расширение области применения сталей, склонных к отпускной хрупкости.

Формула изобретения

Способ термической обработки цилиндрических металлических изделий, преимущественно валов длиной более 2,5 диаметра, включающий закалку,

0

5

линдрическои поверхности в среде до полного охлаждения изделия, о т л и- чающийся тем, что, с целью улучшения качества изделий путем снижения временных температурных и остаточных напряжений, охлалздение осуществляют по зоне, составляющей 30 40% площади цилиндрической поверхности и расположенной по всей длине изделия вдоль образующей, при этом изделие или охлаждающее устройство непрерывно вращают вокруг оси изделия со скоростью

п

k а

где k 2-3 - число, показывающее, во сколько раз уменьшено время охлаждения, соответствующее максимальному перепаду температур по сечению изделия при всестороннем охлаждении в среде;

а 0,3-0,4 - доля площади цилиндрической поверхности, одновременно охлаждаемая в среде;

t - время наступления максимального перепада температур по сечению изделия при всестороннем охлаждении в среде.

Изобретение относится к термической обработке сталей и может быть использовано при обработке крупных цилиндрических изделий, например валов. Цель изобретения - улучшение качества изделия путем снижения временных температурных и остаточных напряжений. Сущность изобрете«ия заключается в том, что охлаждение после отпуска валов проводят не одновременно по всей цилиндрической поверхности, a только 30-40% ее площади. При этом зону охлаждения непрерывно и равномерно смещают в одном направлении со скоростью п a-k/t, где k 2-3; a 0,3-0,4; t - время наступления максимального перепада температур по сечению изделия при всестороннем охлаждении изделия в среде. Способ позволяет уменьшить величину остаточных напряжений до 80 МПа, что в несколько раз меньше, чем при j всестороннем охлаждении. §