Способ термической обработки изделий из инструментальной стали Советский патент 1980 года по МПК C21D6/04 C21D9/22 

пользуют.- органические растворители при температуре ниже -120°С и вязKoqTbto при -110°С ме.нее 0,1 кг/м,с. В качестве низкоэамерзающих органичёских растворителей используют низкотемпературные жидкие фракции бензина, эфиров, пентаны, пентены, пентадиены в диапазоне температур -120-145°С. Органические растворители ибпоЛьзуют при температуре их замерЭания, когда часть растворителя находится в замерзшем состоянии. ОтйрсйтёльнЬе перемещение повёрх ности детали и жидкости осуществляют путем вращения детали, погруженно1й в жидкость, при- одновременном встречном перемешивании жидкости. Проведенные испытания показали, что прочность поверхностного слоя против питтингового разрушения при обкатке винта нагруженными шариками наибольшая в диапазоне скоростей относительного перемещения охлаждаю щей жидкости и поверхности винта от 1,2 до 3,5 м/с. Более высокие скорости в ряде случаев приводят к существенному снижению стойкости из-за появившегося растрескивания и выкрашивания. Прочность поверхнос ного, слоя против питтингового разру шieния оптимальна в диапазоне температуры охлаждающей жидкости от -20 до -145°С. Стойкость против питтингового разрушения начинает снижаться при достижении вязкости охлаждаю щей жидкости выше 0,1 кг./м.с. С уве ЛИЧением толщины детали возрастает время, необходимое для охлаждения поверхностного слоя детали до -110 При siTOM величина времени в с приме равна четверти толщины детали в мм + 10 с. Оптимальной температурой при охлаждении детали является вели чина -110°С, достигаемая поверхност ным слоем. ... Способ осуществляют следующим об разом. Стальные закаленные детали закре ляют в устройстве, обеспечивающем п т-руженйе детали в ванну с охлажденной жидкостью, в которой размещен перемешиватель жидкости. Жидкость охлаждают путем пропускания по змее W7 Закрепленному на внутренних сте ках ванны,жидкого азота с температу рой кипения -ige C. Погружают в ва ну деталь и перемещают поверхность детали относительно жидкости, например путем вращения детали, с одн временным перемешиванием жидкости. СкоТрОйть принудительного перемещени поддерживают в пределах от 1,2 до 3,5 зависимости от диаметра (толщины) детали, температуры охлаж аЩ1й :Шдаве гйГ Шяг кёс тйй ЮйЯРйх факторов. йтОм 1еСб ЦИКЛ охлаж дёнйя осуществляют в течение 15-35 для деталей толщиной до 100 мм. При ближенно для достижения поверхность детали оптимальной температуры -110°С необходимое время определяется в с как четверть толщины детали плюс 10 с. Например, деталь толщиной 40 мм охлаждают в течение 20 с. Охлаждение производят при температуре замерзания растворителя (например, при использовании пентана - при , при использовании 1,3 пентадиена - при , низкотемпературных фракций бензина в пределах -12b-130°C). Особенность процесса охлаждения, заключающаяся в температуре охлаждающей жидкости, равной температуре замерзания, приводит к постоянству температуры вследствие определенного количества замерзшей жидкости, находящейся на змеевике в ванне. Спустя,, 15-35 с, необходимых для охлаждения поверхностного слоя детали до -IIO C, деталь -извлекают из холодной жидкости и оставляют на воздухе. Нагрев поверхностного слоя происходит как от подвода тепла из воздуха, так и от еще не усп.евших охладиться внутренних слоев металла, что обеспечивает более быстрый нагрев охлажденного слоя детали до комнатной температуры. Пример 1. Фрезу из стали Р-9 диаметром 80 мм, толщиной 40 мм погружают в низкотемпературные фракции бензина при -125с, полученные вымораживанием более 90% массы бензина, и перемещают фрезу в бензине вращением вокруг оси с линейной скоростью 1,5 м/с при встречной скорости жидкости от перемешивания О,4 м/с в течение 20 с, достаточных для охиаясдёнияповерхности фрезы до . Затем фрезу извлекают из жидкости и оставляют на воздухе для нагрева до комнатной температуры. Затем проводят отпуск при в течение 2-х ч. В результате проведенной термической обработки износостойкость фрезы при обработке сталей с твердостью 2035 ед. првьшается в 5-7 раз по сравнению с известными способами термообработки. .Твердость поверхности при этом возрастает на 3-4 ед., а количество остаточного аустенита снижается на 5..0-,б5%. Обработка фрез той же партии по известйому способу (со сквозным охлаждением в жидком азоте в течение 30 мин) приводит к повышению износостойкости всего в 1,8 раза, при этом в 27% имело место растрескивание поверхностного слоя от внутренних напряжений. Пример 2. Сверло из стали Р61У15 диаметром 48 мм зажимают в патЕ он устройства для погружения и вращения последнего в ванне и произ1Вддят погружение и вращение сверла с линейной скоростью 1,2 м/с при встречном движении жидкости 0,1 м/с в течение .20 С, после чего сверло извлекают-из жидкости (низкоохлажденного пентана) при -130°С, и оставляют на воздухе, после нагрева до комнатной температуры проводят отпуск при 180°С в течение 1,5 ч.

В результате проведенной обработки износостойкость сйерла при сверлении вязких сталей, в частности сырой стали 9ХС, возрастает в 7-8 раз в то время как обработка сверл той же партии по технологии известного способа приводит к повышению износостойкости только в 1,6-1,7 раза, при этом в ряде случаев (14%) имело место выкрашивание- кромки сверл.

Пример 3. Винт из закаленной стали ХВГ диаметром 100 мм с твердостью после закалки 58 ед., погружают в 1,3 пентадиен с температурой -140°С и производят вращение винта с линейной скоростью поверхности 3,1 м/с и встречной скоростью жидко.сти 0,4 м/с в течение 35 с, достаточных для достижения поверхностьювинта , после чего винт извлекают из жидкости и оставляют на воздухе для нагрева до комнатной температуры. Затем проводят отпуск при в течение 2,5 ч В результате проведенной термической обработки стойкость дорожек винта против питтингового разрушения при обкатке нагруженными шариками возрастает в 1,8-1,9 раза, в то время, как известный способ приводит к повышению стойкости только лишь в 1,3-1,4 раза, при 22% брака от растрескивания деталей в процессе термической обработки и 46% брака при последующих стадиях обработки (шлифовке).

П р и м е р 4. Винт из закаленно стали ВхФ диаметром 100 мм погружаю в охлажденные до низкотемпературные фракции петролейного эфира и вращают с суммарной скоростью относительного перемещения 3,5 м/с в течение 35 с, достаточных для охлаждения поверхности винта до температуры . После этого винт извлекают из эфира и оставляют на воздухе для нагрева до комнатной температуры, а эатем проводят отпуск при 180°С в течение 2,5ч.

В результате проведенной термической обработки стойкость против питтингового разрушения беговых дорожек винта, являющегося основным видом износа при обкатке шариками под нагрузкой, возрастает в 2,1-2,2 раза. Обработка же винтов по известному способу приводит к росту стойкости дорожек только в 1,3 раза при 65% суммарного брака от растрескивания.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа заключается помимо предотвращения трещинообразования и повышения стойкости против питтингового раэруш НИН поверхностного рабочего слоя по сравнению с йзйёстным способом, также в том, чтоможно рационально воздействовать на поверхность детали, являющуюся ее рабочей частью. Внут, ренние слой детали не претерпевают существенных изменений,- сердцевина детали остается вязкой, приращение твердости имеет место только в наружном слое глубиной1-2 мм. Способ позволяет существенно ускорить процесс термообработки. На охлаждение детали требуется полминуты по сравнению с 30-ю минутами по известному способу сквозного охлаждения.

Нагрев охлажденного до -110°С поверхностного слоя детали при ее толщине свыше 20 мм также происходит в 2-3 раза быстрее, так как охлаждению подвергается только наружный слой

0 толщиной 1-2 мм, а не вся деталь, при этом температура охлаждения слоя равна всего , а не -150-269 с по известному способу. Способ позволяет в 2 раза сократить количество используемого на охлаждение жидкого азота (160-200 г/кг деталей по сравнению с 400 г/кг для известного). Это происходит вследствие того, что охлаждается только поверхностный

0 слой.

Формула изобретения

1. Способ термической обработки изделий из инструментальной стали, преимущественно толщиной свыше 20 мм, включающий закалку и обработку глубоким холодом в жидкой среде, отличающийся тем, что, с

целью повышения качества обработки, обработку глубоким холодом производят непрерывным относительным перемещением изделия и жидкой среды, со скоростью 1,2-3,5 м/с до достижения

температуры поверхностного слоя -110±5С.

2. Способ по П.1, отлича ющ и и с я тем, что обработку холодом проводят в жидкой среде органических растворителей при температуре от -120° до с вязкостью при. С менее ОД кг/м.с.

3. Способ ПОПП.1, 2, отличающийся тем, что в качестве органических растворителей используют низкотемпературные жидкие фракции бензина, эфиров, пентаны, пентены, пентадиены.

4. Способ по П.1, отлич аюЩ и и с я $;ем, что относительное перемещение изделия и жидкой среды осущестзляют путем вращения детали

7794218 при одновременном перемешивании жидкости. Источники информации, примятые во внимание при экспертизе 1. гуляев А.П. Свойства и термическая обработка быстрорежущей стали. М., 1939, с.59. 2. Авторское свидетельство СССР 485161, кл. С 21 о 9/22/, 1972.