Способ закалки металлических деталей Советский патент 1982 года по МПК C21D1/04 C21D1/56 

(54) СПОСОБ ЗАКАЛКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Изобретение относится к технологии термической обработки металлов и может быть использовано а машиностроении и других отраслях промлалённости, где применяется закалка метгшлических деталей.

Известны способы закалки в ультразвуковом поле fl J. .

Наиболее близким к изобретению по технической сути и достигаемому .результату является способ закалки металлических деталей путем нагрева до температуры закалки и охлаждения в жидкой закалочной, среде, на которую накладывают ультразвуковое поле.

Под действием ультразвуковых колебаний разрушается паровая рубашка, образующаяся вокруг закаливаемой детали, при зтом повышается;скорость : охлаждения деталей,.

Главным фактором, изменяющим характер теплообмена на поверхности детали под действием ультразвукового поля, является кавитация, под действием ультразвукового поля происходит охлопывание кавитационных пузырей, возникающие при зтом.импуль/сы давления разрушают паровую рубашку 12 J.

ft недостаткам указанного способа следует отнести то, что начало кави тации зависит от газосодержания жидкой закалочной среды.

Кавитация начинается с выделения газа ив; жидкости. Для образования кавитации в ч идкости, в которой отсутствуют зародцлыи кавитации, тре буется павыыёние энергии ультразву10кового поля, под действием котороIXJ и происходит образование кавитации.

Кроме того, при применении известного способа кавитация возника15ет во всем объеме закалочной среды, а так как на закалку влияет кавитация вблизи закаливаемой детали, то происходит непроиз-водительное увеличение энергозатрат для прове20дения процесса закалки. . Целью изобретения является онижение энергозатрат для проведения процесса.

Поставленная цель достигается

25 тем, что согласно способу закалки металлических деталей, включающему нагрев до температуры закалки и охлаждение в жидкой среде, на которую накладывают ультразвуковое поле, в

30 жидкую среду вводят пузырьки рлэа. При этом пузырьки газа вводят в зону охлаждения закаливаемой детали диаметром . где f - частота колебаний ультразвукового ПОЛЯ} X,- отношение теплоемкости газа при нагревании в условиях постоянного давления (Ср) теплоемкости газа при нагревании в условиях постоянного объема (Су); Р - гидростатическое давление в закалочной среде Р - плотность закалочной сре- Введение пузырьков газа в закалочную среду, находящуюся в ультразвуковом поле, позволяет снизить эн.ергию ультразвукового поля, требующуюся для создания кавитации, потому что газовые пузырьки ослабляют жидкость и кавитация развивается преиму1дественно, в зоне эакгшочной фазы с газовыми пузырькги«н. Повьлаение газосодержания закалоч ной среды ускоряет начгшо лсавитации Наличие газовых пузырьков вблизи закаливаемой детали способствует об разованию кавитации в закалочной среде лишь в области закаливаемой детали, а не во всем объеме закалоч .ной среды. Диаметр вводимых в закалочную среду пузырьков газа выбирается равным резонсшсному диаметру Это позволяет снизить энергетически затраты, необходимые для проведения ультразвуковой закалки. . В качестве пузырьков газа, вво-. димых в закалочную среду. Могут пузырьки воздуяа, которые вводят в закалочную среды в зону охлаждения закаливаемой детали. Введение в жидкость газа в виде пузырьков можно осу1цествить применяя аэратор. Он выполняется изтрубы с отверстиями требуемого диаметра и соединенной с источником газа. Для уменьшения отрывного диаметра, газовых пузырьков на аэратор еле дует накладывать вибрацию. Кроме того, пузырьки газа могут вводиться в закалочную среду путем применения излучателей ультразвука типа сирен, газоструйных или гидрод:01намических излучателей. Принцип действия этих излучателей основан на введении в закалочную среду струи газа или газожидкос ной смеси, которая возбуждает ультразвуковые колебания. Эта струя может GtsTb выведена в жидкость в зоне охлгикдения детали в виде пузырьков. На размер газовых пузырьков накл дфлвается ограничение. При закалке в воде под атмосферным, давлением для ультразвукового поля с частотой 20 кГц диаметр пузырьков воздуха «0,3-0,4 мм. с дальнейшим увеличением частоты ультразвука диаметр пузырька уменьшается. Введение газа в закалочную среду служит для образования кавитационных каверн, которые в ультразвуковом поле см«каются, при этом созда ются импульсы давления, разрушающие паровую пленку, окружающую закаливаемую деталь. Пример. Сверла диаметром 4 мм из стали Р18 после подогрева до 800 С нагревают до и охлаждают в масле веретенном при комнатной температуре, в котором растпространяют ультразвуковые колебания частотой 28 кГц. Через аэратор в масло в зонуохлаждения сверл вводят пузырьки воздуха, диаметром 0,02-.. j 0,8 мм. Амплитуда колебаний ультразвукового излучателя 10 мкм. Без введения газовых пузырей ампли да колебаний излучателя 12 мкм. Использование предлагаемого способа закалки в ультразвуковом поле с введением зародышей кавитации в зону охлаждения обеспечивает по сравнению с су|цествующими способами снижение энергозатрат. Известно, что полная энергия W при гармонических колебаниях выражается соотноц1ением W 2lt , где А - амплитуда колебаний; m - масса. Отличие известного и предлагаемого способов заключается в величине Е1МШ1ИТУДЫ, поэтому . т.е. для проведения закалки по известному способу требуется энергозатрат в 1,44 раза больше,- чем по предлагаемому . Формула изобретения 1.Способ закалки металлических деталей, включаюгдий нагрев до температуры закалки и охлаясдение в жидкости, на которую накладывают ультразвуковые колебания, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, в жидкую среду вводят пуэырьки гаэа. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а щ и и с я тем, что пузырьки газа вводят в зону охлаждения закаливае(tvjoft детали,при этом диаметр пузырьков равен

,: ,

где f - частота колебаний ультразвукового поля

X - отношение теплоемкости газа при нагервании в условиях постоянного давления (C|i) к теплоемкости газа при нагре.-вании в условиях постоянного объема (GX) ,

Р - гидростатй: еское давление Б

закалочной среде; 0-: плотность закалочной среды.

Источники информации, принятые во внимгшие при экспертизе 1. Биронт B.C. Применение ультразвука при термической обработке металлов. М., Металлургия, 1977, с. 8-13.

I 2. Применение ультразвука в промлшленности, М., Машиностроение, 1975, с. 100-101.