Способ поверхностной термической обработки изделий Советский патент 1993 года по МПК C21D1/42 

Изобретение относится к области высо- конаетотн ой поверхностной закалки дета- лей и может .быть использовано в станкостроительной, автомобильной, Трак- то эной и Других отраслях .машиностроения..

Известны способы высокочастотной поверхностной закалки с последующим низким отпуском. При этом возможны два способа отпуска - в электрической печи и иьдукционный. .

Печной отпуск () обеспечивает хоро- шое качество обработки, однако применение его т ре бует создан ия отдельн ух термических участков, он продолжителен, чтэ сводит на нет одно из глёвных преимуществ высокочастотной поверхностной закалки - возможность выполнения операции термической обработки непосредственно б

технологической линии механической обработки деталей.

Электроотпуск при индукционном нагреве (2) позволяет осуществить процесс в линии механической обработки, но этот процесс ненадёжен. Для снятия в поверхностно закаленных изделиях остаточных напряжений прогревать до температуры отпуска 200-300°С нужно на глубину, в 1.5-2 раза превышающую глубину закалённого слоя. При этом в пределах нагреваемого слоя перепад температуры не должен превышать 10 - 20 град. Такие условия можно обеспечить только за счёт увеличения времени нагрева, что практически приводит к сквозному нагреву детали, а большая продолжительность отпуска увеличивает длительность всего цикла термической

о к о

00

ел

обработки, что нарушает темп работы технологической линии или требует установки двух и более закалочных установок. Сократить продолжительность индукционного электроотпуска можно, применяя для этой цели токи более низкой частоты, чем та, которая применялась при закалке, с таким расчетом, чтобы глубина проникновения тока в холодный металл была больше, чем глубина закаленного слоя. При всех вариантах индукционный электроотпуск не надежен, так как небольшое отклонение в режиме нагрева может привести либо к недостаточному прогреву глубинных слоев изделий, либо к пёреотпуску закаленного слоя.

Наиболее близким к предлагаемому является способ поверхностной закалки с самоотпуском (3). По этому способу отпуск поверхностно-закаленного слоя осуществляется за счет тепла, сохранившегося в изделии после окончания интенсивного охлаждения водой. Закалка с самоотпуском дает сравнительно хорошие результаты при обработке деталей простой формы, в част- ности, цилиндрических. В этом случае можно режим нагрева рассчитать таким образом, чтобы при закалке на заданную глубину после охлаждения внутри детали сохранился достаточный запас тепла для са: моотпуска. При закалке с самоотпуском таких деталей, как шестерни, шлицевые валы и т. п. за счет внутреннего тепла не удается получить нужную температуру отпуска выступающих частей поверхности. Зубья шестерни или шлицевого вала остаются неотпущенными. При попытке создать такие условия, чтобы зубья прогрелись до нуж- . ной температуры, переотпускается впадина.

Целью изобретения является повышение качества обрабатываемой зоны за счет равномерного нагрева закаленного слоя при отпуске. ..

Для достижения поставленной цели предлагается при поверхностной термической обработке изделий сложной формы типа шестерён, звездочек, шлицевых валов и т. д., включающей индукционный поверхностный нагрев под закалку, кратковременное интенсивное охлаждение и самоотпуск, по окончании принудительного охлаждения производить дополнительный кратковременный индукционный нагрев поверхности до температуры самоотпуска.

При этом отпуск поверхностных слоев на выступающих частях детали будет происходить за счет двух источников тепла - внутреннего, сохранившегося после прерванного интенсивного охлаждения, и наружного - благодаря дополнительному

индукционному нагреву. По аналогии с самоотпуском он назван само-поверхностно- индукционный отпуск - СПИО.

В случае осуществления по заявляемому способу появляется возможность автоматизации процесса и лучшей организации труда на рабочих местах.

На фиг. 1 приведен график изменения температуры в поверхностном слое на зубе

0 после самоотпуска и после самоповерхностного индукционого отпуска, СПИО (Тспио); на фиг. 1 - сечение шлицевого вала с указанием мест приварки термопар (1, 2, 3, 4, 5); на фиг. 3 - график распределения твердости

5 по глубине зуба и впадины при осуществлении закалки по предлагаемому способу (СПИО) и закалки с самоотпуском (СО).

Способ осуществляют следующим образом. ..., ...-. ;V. .- .. . V у .0 Были проведены эксперименты с измерением температуры в разных точках детали. Закаливался шлицевой вал муфты сцепления комбайна Дон-1500 с наружным диаметром 50 мм. Высота шлицов - 2,5

5 мм. Муфта сцепления изготовлена из стали 45. Термопары приваривались в пяти точках по сечению вала (фиг. 2). Показания термопар записывались на осциллографе Н-115. Сравнивались два способа обработки: за0 калка с самоотпуском и дополнительным кратковременным индукционным нагревом до температуры самоотпуска в том же индукторе и закалка с самоотпуском без дополнительного электронагрева. Приме5 нялся одновитковый индуктор-спрёйер. Питание током 8 кГц осуществлялось от машинного генератора. Условия закалки во всех опытах оставались одинаковыми: мощность- 100 кВт, продолжительность нагре0 ва -. Ю с. Изменялись условия охлаждения и повторного нагрева под отпуск (мощность и время нагрева). Расход охлаждающей жидкости при закалке составлял 0,3-0,5 м3/см2.

5В таблице приведены характерные режимы обработки и результаты измерения температуры в характерных точках.

Из таблицы видно, что при самоотпуске (поз. 1, 2) без дополнительного индукцион0 ного отпуска температура в пределах закаленного слоя различается в пределах 80-85°С. Применение дополнительного индукционного нагрева приводит к выравниванию температуры отпуска (поз, 3-6),

5 Подбором продолжительности, охлаждения душем определенной интенсивности и длительности индукционного нагрева под отпуск при определенных значениях потребляемой для этого мощности можно получить достаточно равномерный нагрев

закаленного слоя и тем самым обеспечить требуемое распределение твердости по его глубине.

По техническим условиям поверхностна твердость детали после отпуска должна быть HRC 52-54. Такая твердость равномерно ю всей поверхности детали достигается

только при использовании заявляемого способа, при котором твердость по впадине и на зубе практически не различается и колеблется по периферии вала в заданных пределах. При закалке только с самоотпуском твердость зуба и впадин различается на 5-7 HRC - зуб оказывается недоотпущенным.

Изобретение относится к высокочастотной закалке изделий сложной формы (типа шестерён, Муфт сцепления и т. д.). Производят индукционный поверхностный нагрев пбд закалку, кратковременное интенсивное охлаждение и самоотпуск, по окончании принудительного охлаждения в том же индукторе и на той же частоте производят дополнительный кратковременный индукционный нагрев поверхности обрабатываемого изделия до температуры самоотпуска. 1 табл., 3 ил. ел С

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ поверхностной термической обработки .изделий преимущественно сложно i формы, включающий индукционный поверхностный нагрев под закалку, кратковременное интенсивное принудительное охлаждение и самоотпуск, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения качества обрабатываемой зоны за счет равномерного нагрева закаленного слоя при отпуске, по окончании принудительного охлаждения производят дополнительный кратковременный индукционный нагрев поверхности до температуры самоотпуска.

С.Кулакова

- .3,

Фиг.З

Составитель Г.Головин Техред М.Моргентал

6 ММ

Корректор С.Пекарь