Способ закалки баллонов Советский патент 1990 года по МПК C21D9/08 C21D1/63 

Изобретение отно.сится к термической обработке и может быть использовано при термообработке баллонов.

Целью изобретения является повышение качества обработки путем увеличения равномерности распределения механических свойств по длине баллона.

На чертеже изображена схема осуществления способа.

Способ осу1;4естш1яется следующим образом.

Нагретый до заданной TeNmepaTypbi баллон 1 у1сладывают на механизм 2 вращеютя, находянщйся выше .фовня зеркала воды 3, которой заполнена ванна 4, При укладке на механизм 2 баллон 1 приобретает вращательное движе), путем опускаш1я N:exaHH3Ma 2 вращения в вертикальной плоскости

вращающийся баллон 1 погружают в воду на глубину h, соответствующую толщине стенки SQ цилиндрической части баллона 1. Перед указанной операцией с целью создания местного увеличения уровня воды в ванне чере патрубки 5, расположенные в местах нахождения утолщенных частей баллон (под днищем и горловиной), подают среду повьшенного давления - воду или сжатый воздух - с таким расчето чтобы глубина погружения утолщенных

о

частей hyv соответствовала величине, огтределяемрй из указанного соотношения. Вращаясь в положении, показанно на чертеже, баллон имеет различную глубину погружения по всей длине в з-ависимости от толщины стенки его различных частей: цилиндрическая часть с толщиной стенки S -погру на глубину hg, а днище и горловина с толщинйо стенки Бит на глубину hu. По истечении заданного технологией времени охлаждения баллон 1 с помощью механизма 2 поднимают над ванной и передают для проведения пс5следующих технологических операций На освободившийся механизм 2 укладывают следующий нагретый баллон, и цикл повторяется.

Таким образом, .благодаря тому, что уровень погр ткения баллона по его длине при закалке в зависимости от толщины стенки устанавливают пе ременньт, обеспечивается одинаковая скорость охлаждения всех его частей, что- позволяет повысить равномерность распределения механических свойств по длине баллона и тем самым повысит эксплуатационную надежность таких изделий ответственного назначения, которыми являются сосуды высокого давления (баллоны).

Предлагаемый и известный способы опробовывают на полупромышленной

установке, включающей печь для нагрева и механизированную ванну. Для нагрева, используют электропечь conpof тивления с пределом рабочих температур до 1300°С. Температуру нагрева баллонов контролируют с помощью термопары ТХА, Горячий спай которой располагают во внутренней полости баллона. В качестве вторичного прибора используют потенциометр типа КСП-3, класс точности 0,5,

Механизированная ванна представл ет собой резервуар с водой и кантующее устройство, предназначенное для

,

to

15

20

25

30

35

м ь

45

50о55

я-

40

вращения горизонтально расположенного изделия и перемещения его в вертикальной плоскости. Температзфа во- ды в ванне 18-23°С, частота вращения баллонов 50-52 об/мин.

С целью создания местного увеличения уровня воды в ванне на глубине 150-160 мм от зеркала ванны под днищем и горловиной баллона устанавливают патрубки с проходным сечением (диаметр) 3,5 мм для подачи воды повышенного давления. Регулирующие краны каждого из указанных патрубков располагают вне ванны. Пределы регулирования давления воды, подаваемой через эти патрубки, 1-5 кгс/см. За счет регулирования давления воды изменяется высота уровня зеркала ванны, в пределах от О до 230 мм.

Термическая обраЕэотка .включает нагрев баллонов до 870j:10 C, вьщержку в течение 20 мин, водовоздушное охлаждение в механизированной ванне с водой до температуры 600 С со скоростью 30 град/с и последующее охлаждение на воздухе. Заданный режим одинарной термической обработки (без отпуска) должен обеспечить следующее сочетание механических свойств: G gei 70 кгс/мм% G -r 42 кгс/мм2, J ь. 18%, KCV g- 8 кгс .м/см2 .

Опыты проводят на углеродистых баллонах в количестве 20 шт. из стали 45 диаметром 219 мм, толщина стенки 7 мм, длина 1400 мм, максимальная толщина стенки днища и горловины 14 мм, причем переход от толщины стенки цилиндрической части баллона к максимальной толщине стенки днис;а и горловины плавный. 15 баллонов обрабатывают в соответствии с предлагаемым способом (варианты 1-3), 5 баллонов - в соответствии с известным (вариант 4).

При термической обработке по предлагаемому способу уровень погружения баллона по его длине устанавливают переменным, а именно глубину погружения цилиндрической части баллона устанавливают равной h, « 97 мм, обеспечивающую требуемую, скорость охлаждения (30 град/с) цилиндрической части баллона, с толщиной стенки So 7 мм. Глубину погружения днища и горле ЗИНЫ рассчиты-. вают из приведенного соотнощения по их максимальной толщине стенки, равной S UY 1.4 мм:

1611953

arccosd -- е-ЛЗ, h R 1 - cos

I ., Sc

Marccosd 1-cos|L. 110

215 MM.

При зкалке баллон располагают таким образом-, что максимальная толщина стенки днища и горловины совпадает с максимальной высотой уровня зеркала ванны.

Для всех баллонов (15 шт.), обрабатываемых по предлагаемому способу, глубина погр1 ения их цилиндрической части составляет h 97 мм, а глубину погружения днища и горловины hu устанавливают по варианту 1 (5 баллонов) 215 мм, т.е. глубина погружения соответствует величине, рассчитанной из приведенной формулы, по варианту 2 (5 баллонов) 210 мм, т.е. глубина погружения меньше, чем рассчитанная по формуле, по варианту 3 (5 баллонов) 219 мм, т.е. глубина погружения больше, чемграссчитанная по формуле.

Термическую обработку баллонов в количестве 5 шт. с использоранием известного способа (вариант 4) осуществляют при одинаковой глубине погружения их цилиндрической и утолщенных частей, равной 97 мм.

Усредненные результаты экспериментального опробования предлагаемого и известного способов закалки по каждому варианту приведены в таблице..

Как видно из таблицы, при опробовании предлагаемого способа закалки с обеспечением переменного уровня погружения баллона по его длине, рассчитанного с помощью описанного соотношения, по всей длине разнотолщинно- го изделия (в цилиндрической части 7 мм, в утолщенных частях днища.и горловины. 14 мм) получают одинаковую микроструктуру тонкопластинчатого перлита и 15-20% феррита (вариант 1), что свидетельствует о достижении однозначных скоростей охлаждения во всех частях изделия. Однотипная микроструктура по длине изделия обеспечивает достаточно высокую равномерность- распределения механических свойств, значения которых удовлетворяют предъявляемым требованиям.

г LQ7 л1

arccosd - YJoU-IM

20

25

ОПри изменении уро

концевых частей балл ант 2) или выше (вар нению с рассчитанным личные скорости охлаж 15 изделия, в результат аустенита происходит валах температур с о личного типа ми;фостр гружении в воду по ва скорость охлажде1шя д ны приводит к увелич структуре металла кол ной составляющей, что ния прочностных харак личивает неравномерно ления по длине баллон

Скорость охла)вдеш в варианте 3, приводи в концевых частях бал 30 ных структур закалки, з.начения ударной вязк необходимость последу

При опробования из ба в случае погружени 35 воду на глубину 97 мм в металле цилиндричес лона достигается треб охлаждения 30 град/с, распад аустенита с об 40 роструктуры, идентичн получают при закалке способом - тонкопласт +15-20% феррита. Меха ства близки полученны 45 НИИ предлагаемого спо ствуют предъявляемым Однако в утолщенных ч скорость охлаждения з требуемой, что привод 50 аустенита с образован феррито-перлитной стр кими пластическими и стными свойствами. Ми И свойства металла по 55 имеют существенную ра

Таким образом, пред соб по сравнению с из ет равномерность распр нических свойств после

arccosd -- е-Лcos

- I ., Sc

arccosd L.г LQ7 л1

arccosd - YJoU-IM

20

25

ОПри изменении уровня погружения

концевых частей баллона ниже (вариант 2) или выше (вариант 3) по сравнению с рассчитанным достигаются различные скорости охлаждения по длине 15 изделия, в результате чего распад аустенита происходит в разньк интервалах температур с образованием различного типа ми;фоструктур. При погружении в воду по варианту 2 меньшая скорость охлажде1шя дшгща и горловины приводит к увеличешш в микроструктуре металла количества феррнт- ной составляющей, что снижает значения прочностных характеристик и увеличивает неравномерность их распределения по длине баллона.

Скорость охла)вдеш1я, достигаемая в варианте 3, приводит к полу 1ению в концевых частях баллона промежуточ- 30 ных структур закалки, что снижает з.начения ударной вязкости и вызывает необходимость последующего отпуска.

При опробования известного способа в случае погружения балло га в 5 воду на глубину 97 мм (вариант 4) в металле цилиндрической части баллона достигается требуемая скорость охлаждения 30 град/с, обеспечивающая распад аустенита с образованием мик- 0 роструктуры, идентичной той, которую получают при закалке предлагаемым способом - тонкопластинчатьп перлит +15-20% феррита. Механические свойства близки полученным при опробова- 5 НИИ предлагаемого способа и соответствуют предъявляемым требованиям. Однако в утолщенных частях баллона скорость охлаждения значительно ниже требуемой, что приводит к распаду 0 аустенита с образованием равновесной феррито-перлитной структуры с высокими пластическими и низкими прочностными свойствами. Микроструктура И свойства металла по длине баллона . 5 имеют существенную разницу.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным повыша ет равномерность распределения механических свойств после закалки по

длине баллона, включая его днище и горловину, а следовательно, повышает эксплуатационную надежность баллонов. Это обусловлено тем, что при изменении уровня погружения баллона по его длине в соответствии с описанным соотношением создаются условия, обеспечивающие одинаковую скорость охлаждения всех частей баллона.

Формула изо- братания

Способ закалки баллонов, включающий погружение врашдющегося горизонтально расположенного баллона в жидкость, отличающийся тем, что, с целью повышения качества закалки путем обеспечения равномерности механических свойств по длине баллона, осуществляют дополнительную операцию местного подъема уровня

жидкости в местах расположения днища и горловины баллона путем подачи струй жидкости из-под ее зеркала, при этом высоту huTместного подъема уровня -жидкости по отношению к нижней образующей цилиндрической части баллона определяют по зависимости

- где R

- cos

EarccosQ - hp /R)- S

0

радиус цилиндрической части баллона, MMJ глубина погружения нижней образующей цилиндрической части баллона, мм

соответственно, макси- мальная толщина стенок цилиндр аи ут ол щен ных частей днища и горловины баллона, мм.

Изобретение относится к термической обработке может быть использовано при термообработке баллонов. Цель изобретения - повышение качества закалки путем обеспечения равномерности механических свойств по длине баллона. Способ включает вращательное движение баллона вокруг продольной оси и погружение его в жидкость при горизонтальном положении указанной оси. При этом в местах расположения днища и горловины баллона из-под зеркала жидкости подают струи ее, которые образуют местный подъем уровня жидкости. Высоту местного подъема по отношению к нижней образующей цилиндрической части баллона опеделяют по зависимости H_ут=R{1-COS[ARCCOS(1-H_O)/R]^.S_ут/S_о}, где R - радиус цилиндрической части баллона

мм

H_O - глубина погружения нижней образующей цилиндрической части баллона, мм

S_O, S_ут - соответственно максимальная толщина стенок цилиндра и утолщенных частей днища и горловины баллона, мм. 1 табл. 1 ил.

же

97

97

219

97

П токкоплвстин- чатый Ф 15-2pg Пр + Ф 20-30

Л тоякопяастин- чатый Ф 1У20г П 50% + Ф 50%

Перспектявйые требования Ufa

П р

и « е , а в и с. П - перлят, Ф - Феррит. Пр - пром ехугочная структура.

81/8262/6015/15 7,9/6,5

76/6452/3819/21 8,5/П

8,0