СПОСОБ ЗАКАЛКИ ЦЕМЕНТИРОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ Советский патент 1945 года по МПК C21D1/78 

На многих заводах, а частности на моторостроительных заводах, широко применяется обработка резанием сердечника цементированных деталей в закаленном состоянии.

Высокие требования, предъявляемые к качеству деталей авиамоторов, вызывают необходимость применения для них сталей с значительной статической прочностью и ударной вязкостью, что, в свою очередь, обусловливает большие затруднения при обработке деталей резанием.

От стали, идущей на изготовление ответственных цементируемых деталей мотора, обычно требуется временное сопротивление σ_b=90-105 кг/мм². Согласно техническим условиям σ_b допускается в пределах 90-125 кг/мм² (Д 10/3000=3,7-3,15), фактически же стали - 12ХНЗА, 12ХНЧА, 18ХНВА, ЭИ-274 и др., применяемые в авиамоторостроении, при содержании углерода на верхнем пределе техусловий имеют в закаленном состоянии σ_b=130-150-кг/мм². Такие стали в большинстве случаев при испытании дают пониженное значение ударной вязкости, и поэтому они оседают на металлургических заводах, как некондиционный металл, или, в лучшем случае, расходуются не по назначению.

Так как обрабатываемость резанием закаленных цементируемых деталей для дайной стали прямо пропорциональна их твердости (временному сопротивлению), то увеличение закалочной твердости сердечника выше нижнего предела техусловий резко снижает режимы резания.

Увеличение закалочной твердости с нижнего предела техусловий Д 10/3000=3,5-3,7 к верхнему пределу Д 10/3000=3,15 вызывает снижение скорости резания на всех операциях механической обработки на 40-50%.

При неизменных скоростях резания это равнозначно снижению стойкости инструмента в 8-10 раз.

Особенно большие затруднения вызывает на машиностроительных заводах обработка резанием закаленных цементируемых деталей, изготовляемых из «твердых» сплавов, так как при наличии закалочной твердости Д 10/3000≤3,15 ряд операций механической обработки, как например, нарезка резьбы, протяжка шлицев, фасонное фрезерование, долбление зубьев производить вовсе невозможно, или приходится производить их при чрезвычайно низких скоростях резания и громадных расходах режущего инструмента.

Удельный вес твердых плавок довольно значителен и доходит до 30% от поступающего па завод металла.

Наличие высокой закалочной твердости, создавая значительные трудности при обработке резанием, естественно вызывает требование снижения верхнего предела содержания углерода в цементируемых сталях. Однако это не приемлемо для металлургических заводов, так как сужение предела содержания углерода связано с уменьшением производительности сталеплавильных печей и необходимостью иметь специальные шихтовые материалы.

Наиболее эффективным способом облегчения обработки резанием сердечника цементированных сталей, в первую очередь, является снижение закалочной твердости сердечника, тем более что это одновременно повышает и ударную вязкость стали.

Понижение закалочной твердости к нижнему пределу техусловий, облегчая обработку деталей резанием, по существу, не изменяет прочности деталей.

Однако до сих пор возможность регулирования закалочной твердости сердечника цементируемых сталей была весьма ограничена.

В качестве средства снижения закалочной твердости сердечника настоящим изобретением предлагается способ закалки, сущность которого заключается в ускоренном охлаждении деталей в диапазоне температур 700-450° с замедленным охлаждением на воздухе в средней и нижней области субкритических температур.

Ускоренное охлаждение в верхней области субкритических температур у сталей типа 53А и ЭИ-320 способствует подавлению могущего произойти частичного распада аустенита цементированного слоя и феррито-цементитного превращения аустенита сердечника. Замедленное охлаждение в средней и нижней областях (субкритических температур служит для смягчения сердечника, так как образовавшийся при температуре 400-440° мартенсит сердечника при медленном отпуске снижает свою твердость. Твердость цементированного слоя при этом не снижается. Замедленное охлаждение в средней и нижней областях субкритических температур без снижения твердости цементированного слоя возможно благодаря большой устойчивости его аустенита.

Оптимальным, режимом по предлагаемому способу является нагрев под закалку, обычно принятый при одинарной закалке 780-810°С, кратковременное охлаждение детали в масле в течение 10-25 секунд (до 500°С) и выдача на воздух для дальнейшего охлаждения. За счет снижений временного сопротивления в этом случае ударная вязкость стали повышается.

1. Способ закалки цементированных изделий из легированных сталей, отличающийся тем, что нагретые до температуры ~700° цементированные изделия подвергают быстрому охлаждению в масле до температуры 450°, с целью подавления возможного частичного распада аустенита цементированного слоя и феррито-цементного превращения аустенита сердечника, и затем медленно охлаждают до комнатной температуры для снижения твердости мартенсита сердечника.

2. Прием осуществления способа по пункту 1, отличающийся тем, что первую стадию закалки проводят в масле, а вторую - на воздухе.