Закалочная среда Советский патент 1982 года по МПК C21D1/60 

(54) ЗАКАЛОЧНАЯ СРЕДА

/ч 1 Изобретение относится к термической обра.ботке и может применяться при закалке, в частности стали и сплавов. Известна закалочная среда, представляющая собой взвесь твердых частиц в жидкости 1 и Однако такая среда в силу значительного размера взвешенных частиц быстро расслаивается в поле тяжести, что приводит к неравномер ной твердости закаленных образцов и требует дополнительных операций по перемещению среды. К тому же исключена возможность управления свойствами самой среды для обеспечения необходимых режимов охлаждения. Регулирование режимов охлаждения достигается введением в среду дополнительной фазы путем аэрации, что приводит к значительному усложнению процесса охлаждения. Цель изобретения - создание закалочной среды, представляющей собой жидкость со взвесью твердых частиц, которая обладала бы более высокой стабильностью, равномерностью свойств и изменением свойств, которой можно было бы регулировать режимы охлаждения. Указанная цель достигается применением в качестве закалочной среды магнитной жидкости, представляющей коллоидный раствор твердых частиц, обладающих ферро- или ферримагнитными свойствами, в жидкости, стабилизированной поверхностно-активным веществом. На фиг. 1 приведены кривые охлаждения цилиндрического образца; на фиг. 2 - схема осуществления способа; на фиг. 3 - кривые охлаждения магнитной жидкости в магнитном поле; на фиг. 4 - то же, в воде; на фиг. 5 - кривые распределения твердости по сечению образцов для стали У 10; на фиг. 6 - то же, для стали ХВ.. . Магнитные жидкости известны при использовании в качестве магнишых средств. Отличительной чертой магнитной жидкости является большая магнитная проницаемость по сравнению с гомогенными магнетиками, что создает возможность влияния на ее свойства магнитным полем. Кроме того, жидкость обладает высокой ста&шъностью. 398Измерения показьгоают, что наилучшей охлаж дающей способностью обладают магнитные жидкости на основе воды. Охлаждение металла с помощью магнитной жидкости производится в немагнитном контейнере. Изменением объемной концентрации дисперсной фазы МОЖНО1 добиваться различной охлаждающей способности. При наложении же магнитного поля можно добиваться различной охлаждающей способности жидкости без внесекия каких- либо изменений в состав средьь Магнитная жидкость, представляющая собой концентрированный коллоидный раствор магнети ка в воде, стабилизированный поверхностно-активным веществом и, имеющая намагйиченность насыщения 28 кА/м, испытана в лабораторных условиях с целью определения охлаждающей и закаливающей способности. Испытания охлаждающей способности магнитной жидкости проводятся методом альфакал риметра. Цилиндр диаметром 10 мм и высотой 30 мм, в центр которого зачеканивают хромель алюмелевая термопара (д 1аметр спая 0,4 мм), подвергают нагреву на 830° С и выдерживают для обеспечения равномерности температурного ПОЛЯ- при этой температуре 2 мин. Затем охлаждают в магнитной жидкости. Показания термопары регистрируются самопишущим потенциометром. Во всех измерениях начальная температура жидкости составляет 33° С. Для испытания влияния концентрации твердой фазы на охлаждающую способность мшнитной жидкости приготовлены путем разбавления жидкости с объемной концентрацией твердой фазы 2, 3, 5, 7 и 10%. Кривые охлаждения цилиндрического образца приведены на .фиг. 1. Кривые 1, 2, 3, 4 и 5 соответствуют охлаждению в жидкостях 10, 7, 5, Зи 2 обо% твердой фазы. Для испытаний влияния магнитного поля на охлаждающую способность магнитной жидкости контейнер 1 с концентрированной жидкостью IIразмещают между полюсами злектромагнита IIIзакаливаемого образца IV. В момент охлаж дения подается магнитное поле различной величины. На фиг. 3 приведены кривые охлаждения цилиндрического образца в магнитной в магнитном поле. Кривые 1, 2, 3 и 4 соответствуют наложению полей 0.0.015.025.0,05 Т„ Кривая 5 относится к охлаждению этого образца в селитре. На фиг. 4 приведены кривые охлаждения образца в воде, в масле и в магнитной жидкости кривые 1, 2 и 3 соответственно. Охлаждение в маптотной жидкости с концентрацией 4 об.% проводят до 300° С в поле 500 Гс. Затем поле отключается. Испытания закаливающей способности магнитной жидкости. Цилиндрические образцы диаметром 10 мм, 15 мм и 20 мм, высотой 30 мм из сталей У 10 и ХВ подвергаются закалочному охлаждению в соответствии с указаниями в магнитной жидкости с объемной концентрацией твердой фазы. На фиг. 5 приведены кривые распределения твердости по сечению образцов для стали У10. Кривая 1 соответствует охлаждению в жидкости при наложении поля 20 Гс во время всего охлаждения. Кривая 2 при наложении поля 500 Гс до 300° С и последующем его снятии. На фиг. 6 приведены кривые распределения твердости по сечению образцов из стали ХВ. Кривая 1 соответствует охлаждению в жидкости концентрацией твердой фазы 3 об.% при наложении поля 100 Гс во время всего охлаждения, Кривая 2 при наложении поля 500 Гс до 300 С и последующем его отключении. Испытания стабильности магнитной жидкости проводят путем многократного охлаждения в одном объеме жидкости образца и последующего контроля магнитных свойств жидкости баллистическим методом,. Контролю подлежит величина намагничешгости насыщения. Контроль проводят после пятидесяти- семидесяти- и стократного охлаждения до 50° С. Величина намагниченности насыще1шя исходной жидкости составляет 28 кА/м„ Ошибка измерения не превышает 2%. Величина намагничетюсти насьпцения после пятидесяти, семидесяти и стократного охлаждения в пределах ошибки измерений не изменяет своего значения. Испытания равномерности охлаждающей способности жидкости проводятся путем измерения на поверхности образцов твердости прибором Роквелла (HRC). Измерения проводятся по девяти точкам по вертикали и по щести точкам по периметру в трех сечениях. В среднем и двух крайних, отстоящих от торцов на расстоянии 5 мм. Измерения показывают, что отклонения твердости от среднего значения не превышали 2-3 ед. магнитной жидкости. Испытания по очистке деталей от налета расслоившейся магнитной жидкости после закалочного охлаждения проводятся в следующем порядке: закаленные в магнитной жидкости образцы подвергают промывке в струе горячей (72° С) воды, определяют время, в течение которого поверхность детали будет освобождена от налета.. Результаты испытаний показьшают, что полный смыв налета расслоившейся жидкости происходит в течение 0,5-1,5 мин промывки. Результаты проведенной проверки показ1 шают, что охлаждающая способность магнитной жидкости может изменяться путем изменения концентрации твердой фазы от охлаждающей спосо ности воды до охлаждающей способности масла и ниже; магнитное поле позволяет регулировать охлаждающую способность жидкости и при этом можио обеспечивать необходимый режим охлаждения, например, по типу через воду в масло, обеспечивать режим охлаждени в селитре и т. д. Это позволяет регулировать прокаливаемость. Также, магнитная жидкость обеспечивает высокую равномерность охлаждения и обладает высокой стабильностью свойств и охлаждающей способностью, а напет расслоив шейся магнитной жидкости легко удаляется с поверхности без применения специальных агентов. Использование магнитной жидкости в качест ве закалочной среды имеет преимущества, так как данная среда обладает значительной стабильностью, однородностью и равномерной в пределах всего объема охлаждающей способностью. Кроме того, в состав жидкости не входят дефицитные компоненты, и ее применение позволяет избежать использования в

Ю20

Фаг. 7

5040

Время t,c качестве закалочных сред пожароопасных нефтепродуктов (масел). В силу однозначной зависимости охлаждающей способности среды от величины накладьтаемого магнитного поля она может применяться при «втоматизированных процессах закалки. Использование магнитной жидкости в качестве закалочной среды позволит обеспечить высокое качество закалки и тем самым позволит обеспечить повышение прочности и долговечности закаливаемых изделий. Формула изобретения Применение магнитной жидкости в качестве закалочной среды, Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 351911, кл. С 21 D 1/60, 1972. 2.Успехи физических наук. 1974, т. 112, вьш. 3, с. 427-428.

ТС

900

а