Способ Юсуфова Б.С. определения охлаждающих свойств закалочной жидкости Советский патент 1992 года по МПК C21D1/78 

Изобретение относится к способам термической обработки металлов и может быть использовано в машиностроении при закалке стальных деталей.

Цель изобретения - сокращение времени измерения.Сущность изобретения заключается в том, что охлаждающие свойства закалочной жидкости оценивают с помощью обьемной исключающей влияние тарцов на распределение твердобти в центре цилиндра закалкИ длинного цилиндра (длина не менее четьгрех диаметров), из умеренно прокаливающейся стали с диаметром, равным критическому значению для случая закалки в известной

закалочной жидкости с высокими охлаждающими свойствами, например в воде, определяют твердость в центре среднего сечения цилиндра и определяют балл охлаждающей способности по сравнительной таблице относительно охлаждающей способности известной резкой закалочной жидкости, сама таблица баллов устанавливается как последовательность значений параметра кривизны семейства парабол, описываемых уравнением у ai} (где-а параметр кривизны параболы при вершине х,у - оси координат), т.е. каждому значению охлаждающей способности ставят в соответствие значения параметра кривизны определенной параболы.

В изобретении используется эффект сглаживания кривой прокаливаемости цилиндра с критическим диаметром относительно резкой известной закалочной среды при закалке в более мягкой исследуемой закалочной жидкости.

На фиг,1 показан график зависимости беаразмерного критерия средней температуры центра шара G от безразмерного критерия толщины (диаметра) tj в процессе изменения температуры (нагрева или охлаждения); на фиг,2 - график кривых прокаливаемости безразмерного цилиндра с критическим диаметром относительно известной резкой закалочной жидкости (для нее он представлен отрезком прокаливаемости АО) и менее резких исследуемых охлаждающих жидкостей (они представлены характерными параболами t - 5); на фиг.З график интервала твердости, разбитый на четыре подынтервала.

График на фиг.1 представляет собой семейство соосных парабол, описываемых уравнением .

В термодинамике широко используются безразмерные критерии подобия тепловых процессов. Соотношение этих критериев дает новые производные критерии, обладающие аналогией с первичными (порождающими) критериями. Такие критерии позволяют существенно упростить различные расчеты, а сами эти соотношения рассматриваются как приемы моделирования исследуемых процессов; Учитывая, что центральное сечение шара и среднее сечение длинного цилиндра (длина не менее четырех диаметров как условие исключения искажения характера теплообмена со стороны торцов) дают круг, т.е. они обладают геометрической аналогией, из которой вытекает и тепловая аналогия. Поэтому график на фиг.1 справедлив и для случая объемной закалки цилиндра, соответственно, кривые прокаливаемости цилиндра также должны представлять собой семейство сорсных парабол. Такой вывод подтверждается и путем математических преобразований уравнений теплопроводности. Однако пробные закалки цилиндров показывак)т, что с изменением диаметра цилиндра без иЫенения марки стали и охлаждающей жидкости кривые прокаливаемости могут существенно отличаться от конфигурации парабол, хотя и останэтся симметричными относительно оси цилиндра. Из этих кривых прокаливаемости видно, что для более резкой закалочной жидкости - воды, характерна большая степень отклонения от параболической конфигурации по сравнению с более мягкой - маслом. Предельным

случаем кривой прокаливаемости является сквозная прокаливаемость, когда кривые прокаливаемости вырождаются в прямой отрезок (твердость по радиусу цилиндра постоянная) и диаметр цилиндра равен критическому значению или меньше него. Если диаметр меньше критического значения относительно известной резкой .закалочной среды, то при закалке этого цилиндра в менее резкой закалочной среде также возможна сквозная прокаливаемость. Если диаметр больше критического значения, то конфигурация кривой прокаливаемости отличается от параболы, так как появляется

15 незакаленная часть сечения - сердцевина,которая не дает вклада в перегиб кривой прокаливаемости - в области перехода от закаленной части к сердцевине наблюдается резкий переход. То же происходит и.в

0 случае закалки этого цилиндра в Менее резкой закалочной среде. Однако, если диаметр цилиндра, равный критическому, значению относительно закалки в известной резкой закалочной среде, закалить в

5 менее резкой, вероятность отклонения конфигурации кривой прокаливаемости от параболь резко с нижается, так как соотношение темпа охлаждения или безразмерного критерия средней температуры

0 и расстояния от поверхности цилиндра безразмерного параметра толщины, имеет универсальный параболический характер не зависит от марки стали, из которой изготовлен цилиндр, и состава охлаждающей

5 жидкости; При переходе от одной исследуемой закалочной жидкости с менее резкими охлаждающими свойствами, чем известная, к другой можно получить семейство соосных параболических кривых прокаливаемости с

0 различными параметрами кривизны при вершине парабол. Поэтому, имея цилиндр с критическим диаметром относительно резкой известной закалочной среды (параболы вырождены в прямой отрезок, совпадающий с радиусом цилиндра), при переходе к закалке этого цилиндра в менее резких закалочных жидкостях можно делать достоверную оценку охлаждающих свойств последних по соответствующей параболе,

0 причем известную жидкость следует, считать отсчетной, относительно которой и производится оценка. Чтобы упростить изложение сущности оценки охлаждающих свойств по предлагаемому способу, следует

5 придать радиусу цилиндра простейшее количественное выражение, например, безразмерную единицу, т.е. . Тогда значение твердости, распределенной по параболе у ах, определяется параметром кривизны при вершине соответствующей параболы, т.е. . Для простоты изложения на фиг.2 показаны параболы с,известными значениями параметров кривизны при вершине /S.ajrl/2,аз 1;аз °2;а4 2; as 2 (индексы при параметрах кривизны означают номер соответствующей парабо лы нг1 фиг.2). Из графика 2 видно, что rtapaбола 5 более вытянута, чем параболы 1 - 4, и, соответственно, она отражает намного меньшую прокаливаемость. Поэтому в качестве первого приближения значения нижнего предела охлаждающих свойств можно принять параболу 4, а в качестве верхнегоотрезок АО, представляющий собой место вырождения всех парабол, где параметр кривизны равен нулю, т.е. ао-0. Чтобы кривые по фйг.2 соответствовали кривым прокаливаемости, а также масштабно соответствовали изображенным на фиг.2, параболам необходимо аффективный оценочный интервал параметров кривизны парабол лрйнять равным двум, т.е. а(0 - 2), отражающий пределы возможных твердостей вдоль оси цилиндра, причем максимальное значение ДОЛЖН9 быть в начале координат, а минимальное - в конце отрезка, представляющего собой проекцию параболы 4 на ось цилиндра.

Для воды - известной резкой охлаж а ющей жидкости, твердость многих закаливаемых конструкционных сталей равйа порядка 65HRC, а минимальная твердость, когда не воспринимается закалка. - порядка 20 HRC. Позтому можно принять, что весь возможный интервал прироста твердости равен 65 - 20 45 HRC. Учитывая эту особенность, построен соответствую.щий график по фиг.З. На фиг.З видно, что весь интервал твердрстей 45 HRC разбит на четыре подынтервала. Однако шаг подынтервалов можно уменьшить, например, сделать равным по три единицы Роквелла, т.е. весь интервал разбить на 15 подынтервалов, предполагающих наличие 15 парабол npdкалйваемости с вершиной в соответствующих точках подь1 тервалов - в начале или конце. Каждую граничную точку ме кду;СОседними подынтервалами можно пронуме ровать по порядку от начала координат и занест и в таблицу, в которой с каждым зна чением твердости в центре сечения длинного цилиндра с критическим диаметром относительно резкой известной закалочной жидкости после закалки в менее резких закалочных жидкостях сопоставляют соответствующий Номер подынтервала, а также состав закалочной жидкости, в которой noijучена эта твердость. Если номера подынтервалов рассматривать как показатель охлаждающих свойств закалочных сред или

оценочный балл зтой жидкости, то каждому баллу могут соответствовать различные составы охлаждающих жидкостей. Таблице обладает накопительным свойством и многие жидкости можно унифицировать по охлаждающим, свойствам. Для оценки охлаждающих свойств исследуемой жидкости необходимо подвергнуть обьемной закалке критический цилиндр для воды и

0 умеренно прокаливающейся стали, например, из стали 40 критический диаметр равен 30 мм, измерить твердость в центре среднего сечения и по таблице определить балл охлаждающей способности относительно воды.

5 Умеренная прокаливаемость обеспечивает использование сравнительно небольшого диаметра цилиндра, несложность его поперечно разрезки, Для гарантии попадания индентора твердомера Роквелла в центр сечения цилиндра, следует иметь центрирующую насадку на столик твердомера, включающую посадочное отверстие на столик и для образца.

Взаимозаменяемость закалочных сред

5 важна в связи с возрастанием экологических требований; так как при производстве с высоким ритмом работы мо1ут иметь место большие вредные соответствующие материалы в окружающую среду, возникаюг адачи

0 утилизации этих материалов. Кроме того, такая взаимозаменяемость обеспечивает - экономическую целесообразность использования местных ресурсов как компонентов состава закалочной среды, например, на

5 водной основе.

Формула изобретения 1. Способ определения охлаждающих свойств закалочной жидкости, включаюц(йй изготовление стального цилиндра заданного диаметра, закалку заданным образом, разрезание цилиндра и измерение твердости в заданном месте, построение графика прокаливаемости в виде парабол и окончательное определение О} лаждающих свойств

5 жидкости графически rio заданному параметру парабол, отличающийс я тем, что, с целью сокращения времени измерения, цилиндр изготавливают диаметром, равным критиче екому диаметру при закалке в воде,

0 закалку проводят обьемную, резку цилиндра осуществляют в его середине, твердость измеряют в центре разрезанного сечения, а охлаждающие свойства жидкости определяют по значению измеренной твердости.

5 2. Способ по n.t, отл и ча ю щи йс я тем, что охлаждающие свойства жидкости

определяют по твердости, в диапазоне значений 20 - 65 HRC, который разделен на интервалы, каждый из которых по величине равенЗ HRC и имеет номера-.баллы от О до 16.

Изобретение относится к термической обработке металлов и может быть использовано в машиностроении при закалке Стальных деталей. Цель изобретения -сокращение времени измерения, Способ заключается в том, что длинный эталонный цилиндр (длина не менее четырех диаметров) изготавливают из умеренно прокаливающейся марки стали, диаметр которого равен критическому значению относительно известной резкой закалочной жидкости, например воды, подвергают объемной закалке, разрезают в середине, измеряют твердость в центре сечения и определяют балл охлаждающих свойств, например, в пределах твердостей от 20 до 65 HRС, соответствующих баллам охлаждающих свойств от 16 до О, по сравнительной таблице относительно охлаждающих свойств известной резкой закалочной жидкости, причем в качестве балла охлаждающих свойств ислользу- ют значения параметра кривизны при вершине соответствующей параболы прока- ливаемости. 2 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.слс