Способ закалки цилиндрическихиздЕлий из лЕгиРОВАННыХ СТАлЕй ичугуНОВ Советский патент 1981 года по МПК C21D1/56 

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к высокочастотной термообработке, и может быть использовано при закалке изделий, изготовленных из легированных сталей или чугунов с применением высокочастотного нагрева.

Наиболее распространенным и технологичным способом охлаждения изделий при термообработке с нагревом ТВЧ является душевое охлаждение водой. Однако при закалке изделий из легированных сталей или чугунов этот способ не приемлем ввиду чрезмерной скорости охлаждения и связанной с этим опасностью образования трещин.

Известны способы термической обработки; при которых для снижения скорости охлаждения в диапазоне мартенситногр превращения применяют различные жидкие органические, синтетические и механические охлаждающие среды.

Применение этих сред не получило большого распространения ввиду присущих им недостатков: пол ароопасности одних, токсичности других, повышенной коррозионной активности третьих, изменения концентрации входящих в охлаждающую среду компонентов в процессе ее использования и других отрицательных свойств.

Известен способ, при котором охлаждение осуществляют путем отвода тепла в глубь изделия посредством теплопередачи. Недостаток способа заключается в том,

что скорость охлаждения при закалке посредством отвода тепла теплопередачей зависит от конструктивных особенностей изделия, не может регулироваться и в отдельных случаях достигает значительных величин, что влечет за собой возникновение опасных напряжений. При этом даже немедленный отпуск не всегда приводит к получению бездефектной детали. Такие скорости охлаждения обусловливают и повышенную деформацию, что снижает качество термообработки изделий. Известен способ термообработки изделий, в котором с целью регулирования скорости охлаждения при переходе через мартенситную точку, изделие, погруженное в закалочную жидкость, подогревают после указанного перехода индукционными токами 1.

Недостаток способа заключается в невозможности уменьшения скорости охлаждеНИИ в процессе всего цикла закалки и стабильного поддерл ивания в изделии температур более 100°, а также повышенные затраты электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ иидукционной термообработки с нагревом поверхности и последующим охлаждением 2.

Существенным недостатком известного способа является ограниченность его применения, поскольку высокочастотная термообработка изделий, изготовленных из легированных сталей и чугунов, связана с весьма высокой вероятностью образования закалочных трещин даже на изделиях несложной конфигурации.

Целью изобретения является повышение качества и удешевление процесса за счет расширения технологических возможностей индукционной закалки и получения регулируемых скоростей охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе после достижения закалочной температуры деталь вращают около индуктора и охлаждающего устройства, в результате чего осуществляется многократное чередование нагрева и охлаждения ее поверхности. При этом для регулирования интенсивности охлаждения изменяют величину зоны охлаждения, а также уменьшают напряжения на индукторе (в пределах 0,01-0,9 от исходного) и продолжают питать его пониженным напряжением, причем изменения напряжения на индукторе производят одновременно с началом охлаждения, а напряжение на индукторе устанавливают таким, при котором охлаждение происходит со скоростью оптимальной для данного вида термообработки. При необходимости осуществления отпуска охлаждения на индукторе устанавливается напряжение в пределах 0,01-f-0,9 от исходного.

Пример 1. Режим термообработки детали из чугуна СЧ21-40 включал нагрев до температуры 920°С в течение 6 секунд с мощностью равной 10 кВт на частоте 70 килогерц при напряжении 300 вольт на индукторе.

После достижения поверхностью температуры закалки изменяли напряжение на индукторе до 40 вольт (0,13 от исходного). Охлаждение производили одновременно с вводом в закаливаемую поверхность изделия высокочастотной энергии мощностью 0,25 кВт в течение 10 сек. Конечная температура, при которой прекратили ввод энергии 150-160°С.

Результаты термообработки:

Твердость закаленной поверхности 48 HRc, глубина закаленного слоя 1,5 мм; деформация в пределах технических условий; трещины отсутствуют.

При термообработке этих же изделий по известному способу на закаленной поверхности обнаружены закалочные трещины. Деформация превышает допустимые пределы.

Пример 2. Произведена закалка шлицевого вала диаметром 55 мм с длиной закаливаемого участка 60 мм. Марка материала детали-сталь 45Х. Режим термообработки включал высокочастотный нагрев шлицевой поверхности детали частотою 8 килогерц в течение 8 сек с мощностью 95 кВт и напряжением на индукторе 25 В. После достижения поверхностью детали температуры закалки, равной 870°С, устанавливали новое значение напряжения на индукторе, равное 9 В (0,31 исходного) с

одновременным включением душевого охлаждения закаливаемой поверхности с удельным расходом охлаждающей жидкости, равным 14 .сек.

Ввод высокочастотной энергии при мощности 13 кВт производился в течение 14 сек, при этом температура на поверхности детали находилась в пределах 130-140°С.

Пример 3. Производилась высокочастотная термообработка шестерен модуля

4,3 с диаметром 120 мм, изготовленных из стали 20 ХПР и прошедших нитроцементацию.

Режим термообработки включал нагрев зубьев шестерен частотой 8 кГц на глубину

5 мм ниже впадин до температуры 860°С в течение 17 сек с мощностью 40 кВт при напряжении на индукторе 45 В. После прогрева детали до заданной глубины и температуры изменяли напряжение на индукторе и устанавливали его новое значение, равное 25 В с одновременным включением охлаждения шестерни при удельном расходе охлаждающей жидкости, равном 10 .сек и мощности, вводимой в деталь, равной 10 кВт.

На 8-ой сек вторично изменяли напряжение на индукторе и устанавливали его равным 19 В (0,44 исх). При этом режиме охлаждали в течение 5 сек и одновременно

вводили в деталь мощностью 8 кВт.

Само охлаждение шестерни производилось из индуктора - спрейерам, отверстия в котором имелись лишь на одной половине

окружности спрейера. При этом температура поверхности зубьев шестерни после входа в сектор индуктора, в котором отсутствует охлаждение, поднималась до 140- 150°С, а попадая в сектор охлаждения, охлаждалась до ПО-120°С. Таким образом, мартенситные преврашения в детали происходят без значительного переохлаждения, что важно для получения качественных деталей.

Результаты термообработки:

Твердость поверхности 59-61 ПКс; твердость сердцевины 35 ПКс; деформация в пределах технических условий; закалочные трещины отсутствовали даже при повторных закалках.

Термообработка по известному способу деталей сложной конфигурации, изготовленных из легированных сталей с высоким содержанием углерода, каковыми являются щестерни, вообще невозможна с применением воды в качестве среды для охлаждения.

В результате такой термической обработки на поверхности деталей сложной конфигурации отсутствуют трещины, исключена деформация деталей.

Вводимая в деталь энергия позволяет снизить скорость охлаждения закаливаемых поверхностей, а также разогреть глубинные слои детали, в результате чего эффективнее протекают процессы отпуска и снятия напряжений в закаливаемой иоверхности. Упрощается и сам процесс закалки, поскольку имеется возможность во многих случаях отказаться от использования таких охлаждающих сред, как масло, эмульсии, водные растворы различных полимеров и других, и производить высокочастотную термообработку деталей сложной конфигурации.

Формула изобретения

1. Способ закалки цилиндрических изделий из легированных сталей и чугунов

включающий охлаждение с Одновременным индукционным подогревом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трещинообразования и снижения энергозатрат, осуществляют многократное чередование зон охлаждений и подогрева поверхности путем вращения изделий.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью регулирования интенсивности подогрева, изменяют напряжение на индукторе в пределах 0,01-0,9 его исходной величины.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью регулирования интенсивности охлаждения, изменяют величину зоны охлаждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 46750, кл. С 21D 1/56, 1941.

2.Демичев А. Д., Шашкин С. В. Высокочастотная закалка, «Машиностроение, Д-л, М., 1954, стр. 21.