Способ охлаждения при закалке стальных изделий Советский патент 1987 года по МПК C21D1/60 

1

13А

Изобретение относится к термической обработке стали и может быть использовано при обработке ответствен- itbix деталей автомобилей.

Цель изобретения - улучшение качества закалки путем повышения стабильности механических свойств изделий.

На чертеже предстатзлены кривые зависимости скорости охлаждения в интервале ЗОО-УОС (кривые 1,3,5,7) и 300-150 С (кривые 2,4,,6,8) от концентрации раствора полимера для производительности душа 120 см- /см с (кривые 1,2)5 730 см /см с; (кривые 3,4), 50 (кривые 5,6), 50 .с (кривые 7,8).

Скорости определены по записям кривых охлаждения на шлейфовом осциллографе с помо1цью хромель-алюминиевых термопар диаметром 0,2 мм, приваренным к охлаждаемой поверхности .

Сущность изобретения заключается в том, что применение сильного душа с производительностью более 50 куб.с охлаждающей среды на квадратный сантиметр охлаждаемой поверхности приводит к новому эффекту: пороговому изменению зависимости скорости ох.пажде ния в интервале 700-500 С и 300 - 150°С от концентрации полимера в водном растворе. Сначала скорость охлаждения при повышении концентрации полимера не изменяется и остается на уровне скорости охлаждения водянь м дyuJeм той же интенсивности далее быстро уменьшается, а затем при некоторой критической концентрации резко стабилр зируется и в значительном интервале не зависит от концентрации полимера (происходит пороговое уменьшение зависимости скорости охлаждени от концентрации полимера в растворе)

Концентрация полимера в водном растворе, в 1,25-1,4 раза превьш ая критическую концентрацию, лежит в сер.едине интервала независимости скорости охлаждения от концентрапди nojn-iMepa. Это позволяет длительно работать в условиях, когда испарение воды или вынос п( с деталями (р зменение концентрации) существенно не скажется на условиях охлаждения. в результате чего свойства изделий останутся стабильными.

При начальной концентрации, превышающей критическую в 1,25 раза,

2. 2

из раствора может быть удалено более 20% полимера или испариться 20% воды без изменения охлаждающей способнос- ти.

При начальной концентрации, превышающей критическую в .1,4 раза, из раствора может быть удалено почти 30% полимера или испариться 15% воды также без изменения о: шаждаю1цей способности.

Такие изменения количества полимера и жидкости легко фиксируются и могут быть вовремя скомпенсированы без

опасности неожиданного резкого изменения условий охла;кдения.

При начальной концентрации, превышающей критическую менее, чем в 1,25 раза и более, чем в 1,4 раза, возможности изменения количества воды и полимера в растворе существенно уменьшаются и возникает вероятность опасного изменения свойств охлаждающей среды. Пределы производительности душа выбраны из следуюи 1х соображений. При производительности душа ниже 50 см /см с не возникает порогового изменения скорости охлаждения от концентрации полимера. При производительности душа выше 120 с требуется установка сверхмощных насосов и оборудования для оборота очень большого количества жидкости, что экономически нецелесообразно.

Пример. Цилиндрические детали из стали 45 диаметром 20 мм длиной 100 мм охлаждали после сквозного нагрева до- 850 С душем в кольцевом спрейере диаметром 27 мм. Б качестве

охладителя использовали водный раствор феракрила (неполной железной соли полиакриловой кислоты) различной концентрации от О до 2,9%.

Большие концентрации раствора не

применялись, так как из-за высокой вязкости таких растворов происходит интенсивный нагрев при перемешивании насосом.

Производительность душа составляла

40,50,75 и 120 (кубические сантиметры раствора на квадратный сантиметр поверхности в секунду).

Для производительности душа 40 см /см с (кривые 8 и 7 на чертеже) после участка независимости скорости охлаждения от концентрации полимера, находящегося непосредственно вблизи чистой воды, происходит интенсивное падение скор ости охлаждения

при всех исследованных концентрациях Критическая концентрация, при которой происходит переход к независимому от концентрации участку кривой, в этом случае не имеет места.

При производительности душа 50, 80, 120 см /см с при концентрации 1,8% феракрила имеет место критическая концентрация, после которой на кривых зависимости скорости охлаждения от концентрации раствора полимера имеет место участок независимости скорости охлаждения от концентрации (с 1,8 до 2,7%).

Было опробовано при массовой закалке охлаждение душем с производительностью 50,75 и 120 при начальных концентрациях водного раствора феракрила 2,26 и 2,52 и 1,4 раза превьшающие критическую концентрацию (1,8%). Для контроля были использованы также концентрации 2,1 и 2,7% с производительностью душа 40 Закалке подвергали цилиндрические де- тали - модели из нормализованной стали 45 и круг 20 по следующей схеме. Детали нагревали до 850°С, а затем подвергали охлаждению душем. Следующую закалку проводили на новой дета- ли. Для сокращения числа деталей после промывки в воде, сушке на воздухе, очистки поверхности, детали закаливали повторно. Для проведения контрольных замеров свойств использовали детали, закаленные под номерами 10, 300 и 10000. Для этих измерений применялись свежие (однократно закаленные) детали.

Большое число деталей закаливали с целью выявления стабильности структуры (в частности, глубины закаленного слоя, существенно влияющей на механические свойства) при длительной работе раствора полимера. При закал- ке большего числа деталей в нашем эксперименте уменьшается концентрация раствора вследствие выноса полимера с закаленными деталями, что должно в общем случае увеличивать ско- рость охлаждения и глубину слоя.

Как показали испытания, при закалке с применением режимов, соответст- вуюпщх предлагаемому способу, закалка 10000 деталей не приводит к изме

5

5 О

Q g Q

5

нению глубины закаленного слоя (см. таблицу) испытания №№ 10-15, 19-22, 26-31).

При концентрациях, например, 2,1% с увеличением количества закаленных деталей, закаленный слой начинает увеличиваться (испытания №№ 7-9 и 23-25).

При концентрациях, например, 2,7% происходит быстрый нагрев раствора полимера до температур вьше 70 при работе насоса. При зтом при увеличении числа закаленных деталей охлаждающая способность раствора падает, закаленный слой уменьшается, а затем не образуется совсем из-за недостижения критической скорости для стали 45, равной 200 град/с (испытания №№ 16-18, 32-34).

Охлаждение с производительносз ью, меньшей 50 с, например 40 , не обеспечило стабильности свойств деталей. Изменение концентрации раствора с 2,25 до 2,52% приводит к уменьшению закаленного слоя и его исчезновению. В этом случае понижение концентрации раствора, сопровождающее закалку большой партии деталей, приводит к росту закаленного слоя (испытания №№ 1-6).

Способ имеет большое народнохозяйственное значение, позволяя расширить область применения водных растворов полимеров для закалки ответственных деталей автомобиля, для которых стабильность свойств имеет решающее значение, в частности для закалки промежуточного вала коробки передач автомобиля.

Формулаизобретения

Способ охлаждения при закалке стальных изделий, включающий подачу водных растворов полимеров заданной концентрации душем заданной производительности, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества закалки путем повьш1ения стабильности механических свойств изделия, охлаждение осуществляют раствором концентрацией, превышающей в 1,25-1,40 раза пороговую концентрацию с производительностью душа 50-120 .

40

2,25

50

2,1

75

2,25

120

2,

Изобретение относится к терми- ческой обработке стали и может быть использовано при обработке ответственных деталей автомобилей. Цель изобретения - улучшение качества закалки Путем повьшения стабильности механических свойств изделия. Сущность изобретения заключается в том, что применение сильного душа с производительностью более 50 приводит к новому эффекту: пороговой зависимости скорости охлаждения в интервале 700-500 с и 300-150 С от концентрации полимера в водном растворе. Поэтому в предложенном способе охлаждения предварительно определяют, зависимость скорости охлаждения от концентрации раствора полимера,затем из этой зависимости определяют пороговую концентрацию раствора как значение концентрации, после которой имеет место участок независимости скорости охлаждения от концентрации, и охлаждение осуществляют раствором с концентрацией, превышающей в 1,25- 2,40 раза пороговую концентрацию, и с производительностью душа 50 - 120 . 1 табл.,1 ил. i (Л Ю ю to