Способ восстановления внутренних поверхностей цилиндрических стальных деталей Советский патент 1987 года по МПК C21D1/78 B23P6/02 

113

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов,преимущественно к термической обработке цилиндров насосов, накатных стаканов тормозных цилиндров гидросистемы автомобилей, цилиндров компрессоров, корпусов букс железнодорожных вагонов, гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Целью изобретения является повышение производительности процесса и качества поверхности.

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку устанавливают на специальном столе так, чтобы нижний торец ее находился в зоне нагрева кольцевого индуктора, затем подают напряжение на индуктор и нижний торец заготовки нагревают до температуры 750- 770 С и перемещают ее с помощью стола вниз вдоль индуктора с одновременной подачей воды в кольцевой спрейер расположенный ниже индуктора, обеспечивающей охлаждение нагретой части заготовки струями воды. Подъем заготовки относительно нагревателя-индуктора и кольцевого спрейера производят с такой скоростью, при которой обеспечивается нагрев части заготовки, находящейся в зоне действия индуктора до 750-770 С. Эта скорость зависит от размеров заготовки и мощности индуктора и колеблется в пределах 1-4 мм/с. Оптимальную скорость охлаждения заготовки, которая колеблется в пределах 200-300 град/с и зависит от содержания углерода в сплаве заготовки, устанавливают расходом воды. Скорость охлаждения заготовки, находящаяся в пределах 200- 300°С/с, обеспечивается расходами воды, равными соответственно 8 - 10 л/мин.

Предлагаемый способ позволяет восстанавливать внутренний размер заготовки (изменение радиуса внутренней поверхности на 0,4-0,9%).

Пример. Заготовки нагревали индукционным методом токами промышленной частоты с помо; (ью индуктора, расположенного снаружи заготовки. Такой метод обеспечивал равномерный нагрев заготовки по длине и толщине. Для создания температурного градиента вдоль оси заготовку перемещали вниз относительно индуктора со ско32

ростью 1-5 мм/с в зависимости от температуры нагрева заготовки.

Оптимальная температура нагрева заготовки отрабатывалась в интервале температур, при которых происходит пластическая деформация сталей, а именно ЗОО-ЮСО С.

Скорость охлаждения заготовки была постоянной (250°С/с и обеспечивалась расходом воды 9 л/мин.

Характеристика сталей приведена в табл. 1.

Результаты оптимальной отработки температуры производства заготовок приведены в табл. 2.

Наиболее стабильные результаты эффективности восстановления получены при нагреве заготовки до температуры 750-770 С.

Это объясняется тем, что во всем интервале критических температур (730-760°С) имеет место резкое падение пластичности и сопротивление плас- тической реформации снижается до предельных значений. В этан интервале температур (интервал хрупкости) стали обладают минимальной прочностью и имеют минимальное сопротивление заго- товки, эффективность восстановления снижается.

При температурах нагрева, превышающих 770°С, результаты восстановления изменяются в пределах 0,3 - 0,9 мм и являются нестабильными и не подчиняются какой-либо закономерности. Это объясняется тем, что при охлаждении нагретой части заготовки, которое проводится с целью создания термических напряжений, вызывающих деформацию сплава, пластичность сталей с содержанием углерода 0,01-1,4% снижается в несколько раз, обуславливая повышение сопротивления пласти- ческой деформации.

При этих условиях термические напряжения могут не превысить сопротивление пластической деформации, которое повышается с понижением темпера- тур, а термические напряжения в процессе деформации снижаются - происходит закономерная их релаксация.

Из данных табл. 2 также видно, что при температурах нагрева, превы- шающих 770°С, повьшается вероятность образования трещин, отбела и окисления нагреваемой поверхности, которое сопровождается образованием окалины на заготовке.

3

Перечисленные явления дают основние сделать выводы, что нагрев заготовки до температуры, превышающей 770°С, не обеспечивает стабильные рзультаты восстановления, сопровождается повышением степени ее окислени и вероятности образования трещин и отбела.

Таким образом, оптимальные темпе ратуры нагрева восстанавливаемой заготовки должны находиться в предела 750-770 С (в области интервала хрупкости сталей), при которых имеет мето значительное снижение прочности сплава и Сопротивления пластической деформации.

Оптимальные значения скоростей охлаждения нагретых заготовок также отработаны экспериментальным методо подбора жидкостей, обеспечивающих различную скорость охлаждения заготовки, а именно 5%-ньш раствор хлористого натрия в воде (скорость охлаждения TOO-gOO C/c) , вода при 20°С (скорость охлаждения 150-500 с/с) в зависимости от скорости подачи спре йерных струй на наружную поверхност заготовки или расхода воды), трансформаторное масло (скорость охлажде НИН 50-80 град/с).

В табл. 3 приведены результаты влияния скорости охлаждения заготовки на эффективность восстановления ее рабочей поверхности.

Из данных табл. 3 видно, что максимальная эффективность восстановления заготовок достигается при скорос- тях их охлаждения более ZOO C/c, которые могут быть достигнуты спрейер- ным охлаждением при расходах воды 8- 10 л/мин, увеличение скорости охлаждения и соответственно расхода воды, а также применение других сред,обеспечивающих более высокие скорости охлаждения экономически нецелесообразно.

Оптимальная скорость охлаждения, которая должна находиться в пределах 200-300°С/с, зависит от содержания углерода в стали:

Скорость

охлаждения,

с/с

0,05-0,20 0,21-0,40

200-220 221-240

241-260 261-280 281-300

Проведены работы по восстановлению внутренней поверхности 2 партий стальных заготовок с содержанием углерода 0,5%, внутренний диаметр заготовки 130 мм, толщина стенки 9 мм, высота 290 мм. Первая партия заготовок в количестве 5 шт восстанавливалась способом-прототипом, вторая партия в таком же количестве восстанавливалась предлагаемым способом.

Технологические режимы и результаты восстановления опытных отливок приведены в табл. 4. По данным табл. 4 видно, что предлагаемый способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей заготовок из углеродистых сталей в сравнении со способом-прототипом позволяет сократить цикл восстановления заготовок на 20- 25%, повысив соответственно производительность процесса, и улучшить качество поверхности заготовок за счет уменьшения образовавшейся в процессе нагрева окалины. Дпя обеспечения оп-. тимальной скорости охлаждения заготовки (200-300 С/с) при восстановлении заготовки новым предлагаемым способом расход воды целесообразно снизить до 30%.

Эквивалентные значения эффективности восстановления способом-прото- типом и предлагаемьм способом объясняются тем, что процесс пластической деформации заготовки происходит в критическом интервале температур 750- 770 С, при которых имеет место максимальная пластичность углеродистых сталей и малое сопротивление пластической деформации. Этот факт дает основание сделать вывод, что нагрев заготовок из углеродистых сталей выше 770 С не приводит к повышению эффективности восстановления,температура нагрева вьппе 770°С может применяться лишь тогда, когда необходимо повысить термические напряжения для надежности процесса восстановления или повышения точности восстановления размеров заготовки (например, при восстановлении чугунных заготовок).

Формула изобретения

Способ восстановления внутренних поверхностей цилиндрических стальных

детали вдоль ее оси градиента темпедительности процесса и качества по- ратур путем непрерьшно-последователь- верхности, нагрев ведут до 750-770 С, кого индукционного нагрева и охлажде- g а охлаждают со скоростью 200 - ния водой, отличающийсяЗОО С/c.

Таблица 1

Примечание. Ф- фбфрит; ЗП - зернистый перлит;

Ц - цементит.

Свойства заготовки

Температура эксперимент. (паг-рева чаготпвки), °С

450

Т

600

0,1 0,15 0,15 0,3-0,5 0,5-0,Ь 0,6-0,7

0,01 0,01 0,01 0,02 о,ог о,оз

Таблнця 2

750

800

900

Г 1000

0,4-0,8 0,3-0,8 0,2-0,9 0,5-0,01 0,9-0,2 0,8-0,5

3-3,5

4-4,5

Нагрев заготовки токами промьшшен- ной частоты индук- ционным методом до 90и С(800 С), охлаждение струями воды, расход воды 15 л/мин

Нагрев заготовки токами промышленной частоты индук- ционным методом до температуры , охлаждение струями воды, расход воды 10 л/мин

Таблица 3

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, преимущественно к термической обработке стальных цилиндрических заготовок, в частности труб, цилиндров насосов, накатных стаканов, тормозных цилиндров гидросистемы автомобиля, цилиндров компрессоров. Целью изобретения является повышение производительности процесса и качества поверхности. Способ восстановления внутренних цилиндрических поверхностей заготовок из углеродистых сталей включает нагрев заготовки до 750-770 С со скоростью ЗО-бО С/с, охлаждение снаружи заготовки, охлаждение заготовки S со скоростью 200-300 С/с. (Л 00 4 tsS Ю ОО