Przedmiotem wynalazku jest zloze fluidalne do chlodzenia detali stalowych wygrzewanych w pró¬ zni w celu hartowania zwlaszcza detali o minimal¬ nym wymiarze liniowym przekroju poprzecznego wiekszym od 20 mm, wykonanych ze stali auste- nityzowanych w temperaturach wyzszych od li00O°C, w szjczegóibosci (ppnzy hiainboiwainiu próznio¬ wym detali wykonanych ze stali szybkotnacycn, naprzedniowych stopowych do pracy na goraco oraz niektórych stali nierdzewnych.Dotychczas, hartujac detale stalowe, nagrzewano je w piecach prózniowych do odpowiedniej tem¬ peratury, wygrzewano w tej temperaturze przez odpowiedni czas, a nastepnie oziebiano zazwyczaj badz w oleju hartowniczym, badz w strumieniu gazów obojetnych chemicznie z rozgrzana powierz¬ chnia hartowanych wyrobów. Temperatura nagrza¬ nia okreslona jest przez gatunek stali; sposób oraz czas nagrzewania i wygrzewania sa tez okreslone przez gatunek stali i dodatkowo przez wymiary gabarytowe hartowanego detalu.W procesie hartowania zas optymalne wyniki osiaga sie tylko wówczas, gdy predkosc chlodze¬ nia jest nie mniejsza od predkosci krytycznej.Wspólczynnik przyjmowania ciepla dla gazów jest niski. Wobec tego, w przypadku zastosowania chlo¬ dzenia w strumieniu gazów krytyczna predkosc chlodzenia moze byc uzyskana tylko dla wyrobów w malych liniowych wymiarach przekroju poprze¬ cznego, wykonanych sposród wyzej wymienionych 10 15 25 detali, o dostatecznie duzej hartownosci. Chlodze¬ nie w strumieniu gazu, detali o wiekszych linio¬ wych wymiarach przekroju poprzecznego nie pro¬ wadzi do osiagniecia krytycznej szybkosci chlo¬ dzenia, powodujac uzyskanie zbyt niskich twar¬ dosci. Hartowanie prózniowe w oleju detali o wie- k&zylcih iittiiiowych wymiarach przekroje poprzeczne¬ go wykonanych ze stali austenityzowanych w wy¬ sokich temperaturach powoduje powstawanie w warstwie wierzchniej niekorzystnych zmian strukturalnych, lokalnych nadtopien, miejscowych naweglan i tym podobnych wad.Zmiany te nie wystepuja lub wystepuja w mniej¬ szym stopniu jezeli podczas oziebiania cisnienia nad olejem jest dostatecznie niskie to jest rzedu lO-2 tora, lecz to z kolei obniza dwukrotnie zdol¬ nosc chlodzaca oleju. To obnizenie prowadzi z kolei do tych samych ograniczen jak w przy¬ padku stosowania gazów jako osrodka hartowni¬ czego. Opisane trudnosci i wady nie zezwalaja na stosowanie hartowania (korzystnego z innych wzgledów) do wyrobów o minimalnym liniowym wymiarze przekroju poprzecznego wiekszym od 20 mm wykonanych ze stali austenityzowanych w temperaturach wyzszych od 1000°C.Znane sa tez sposoby obróbki cieplnej detali stalowych w zlozu fluidalnym, w którym materia¬ lem izlozia sa ptrastzfci cdail stalych, nie reagrujace chemdfozauie m ipowieinzichinda. obraibianueigo detalu, a czjinnilktietm fi 107 199107 199 3 sto&ucikiui ido razgirizaflieij powierzchni deltali obra¬ bianych oiepllnie. UtrBafdzeinaa zas sluizaice do tego rodizagm abrobki sa przieldimiioiteim patentu USA ni 3 90(8 341 ioiraa iziglotseeinia 'REN jur 2 5213 952, parzy czyim material sypki izftotzia ffliuidaflmegio stanowa tiu- taij tleirnefe giKimu luib dwluItLeiruek icyrkionm Iu,b tez cizyisty wyizairziony piasek lulb wyzarzony, boksyt a lazyirbniilkdeim fkidldyiaujaicyim jest powdeifcnze. z do- diartkiem gazowych inhitodltoarów uttUeiniiaoia. Wytzej wymilsinione unateirtialy sypkie zawieraj zawsze tónzeimjiainy,, któtre w .ur;ziajdizeiniiach (prófzlndiowych vdo hartowania moiga powioKiowac uszfctoldizeinia stoso¬ wanej tarni wymruirówkii d ejLernientów granych. Z powodu tego nceiheizpieicizenErtlwa .zlóz tych nde sto- sfiuje sie do ch/lodizenlia detali hartowanych próz¬ niowo.Wyzej wymienione czynniki fluidyzujace maja niska pojemnosc cieplna. Powoduje to, ze zdol¬ nosc chlodzaca zlóz fluidalnych zawierajacych takie czynniki jest zbyt niska, aby mogly byc za¬ hartowane detale o minimalnym wymiarze linio¬ wym przekroju poprzecznego wiekszym do 20 mm wykonanych ze stali austenityzowanych w tem¬ peraturach wyzszych od 1000°C.Zloze fluidalne do chlodzenia detali stalowych wygrzewanych w prózni w celu hartowania, za wierajace materialy sypkie niereagujace chemicz¬ nie z powierzchnia detali obrabianych cieplnie, której temperatura jest wieksza od 500°C oraz ga¬ zowy czynnik fluidyzujacy obojetny w stosunku do powierzchni obrabianego detalu, której tem¬ peratura jest wieksza od 500°C, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze material sypki stano¬ wia sproszkowane wysokotopliwe metale lub ich tlenki lub wegiel lub ich mieszaniny.Korzystnym dla wynalazku jest, gdy material sypki stanowia sproszkowany chrom, zelazochrom lub wanad czy tez trójtlenek chromu lub tlenek berylu, jak tez wapno hutnicze. Ponadto korzyst¬ nym dla wynalazku jest równiez, gdy w miesza¬ ninie stanowiacej material sypki zloza, iloczyn -srednicy ziarn proszku i ciezaru wlasciwego ma¬ terialu ziarn jest jednakowy dla wszystkich sklad¬ ników mieszaniny** Czynnikiem fluidyzujacym zloza fluidalnego we¬ dlug wynalazku jest mieszanina 70-^95% objetos¬ ciowych azotu z 5—30% objetosciowymi wodoru lub mieszanina 60—90% objetosciowych azotu z 10—40% objetosciowymi amoniaku. Czynnikiem tym moze tez byc zdysocjowany amoniak o stop¬ niu dysocjacji nie mniejszym od 0,5. Mieszaniny te maja duze wspólczynniki przejmowania ciepla oraz duze pojemnosci cieplne co powoduje, ze zloza fluidalne wedlug wynalazku maja dostatecz¬ nie wysoka zdolnosc chlodzaca.Wartosc wspólczynnika przejmowania ciepla zlo¬ za fluidalnego wedlug wynalazku jest zblizona do wartosci tego spólczynnika olejów i wynosi 200— —1000 kcal/°C m*. Dzieki temu zloze wedlug wy- nalazkii moze byc zastosowane w hartowaniu wy¬ robów o minimalnym wymiarze przekroju po¬ przecznego wiekszym ód 20 mm wykonanych ze stali austenityzowanych w temperaturze wyzszej ód 1000°C. Przy zastosowaniu tego zloza sklad i struktura warstwy powierzchniowej zahartowa- 4 nego detalu pozostaje bez zmian, a deformacje detali sa znacznie mniejsze srednio 50% od de¬ formacji detali ochladzanych w innych osrodkach hartowniczych na przyklad olejach. 5 Zloze wedlug wynalazku moze byc z równie dobrym skutkiem stosowane do obróbki cieplnej detali o minimalnym liniowym wymiarze prze¬ kroju poprzecznego mniejszym lub wiekszym od 20 mm wykonanych ze stali austenityzowanych 10 w temperaturach nizszych od 1000CC.Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w nastepujacych przykladach wykonania.Przyklad I. Hartowaniu prózniowemu z póz¬ niejszym oziebianiem w niejednorodnym regulo- 15 wanym zlozu fluidalnym poddano 2 sztuki matryc do kucia na goraco mosieznych elementów zawo¬ rów. Srednica matrycy wyniosla 160 mm. Matryce byly wykonane ze stali narzedziowej stopowej do pracy na goraco o skladzie chemicznym: 0,25— 20 —0,35% C, 0,20—0,50% Mn, 0,20—0,40% Si, max 0,03% P, max 0,015% S, 2,5—2,9% Cr, 1,2—1,7% Ni, 1% Mo, 0,20—0,40% V, 8,0—10,0% W. Odgazo- wane w przedniej komorze prózniowego pieca hartowniczego matryce automatycznie przetrans- 25 portowano do komory srodkowej, gdzie podgrzano je do temperatury 800°C, a nastepnie do tempera¬ tury 1150°C; w tej ostatniej temperaturze wy¬ grzano je przez 60 minut. Potem matryce prze¬ transportowano do tylnej komory, gdzie oziebiano 30 je w niejednorodnym regularnym zlozu fluidal¬ nym. Materialem sypkim zloza fluidalnego byl chrom o srednicy ziaren 180—212 mikrometrów.Czynnikiem fluidyzujacym byla mieszanina 90% azotu o czystosci 99,995% i 10% wodoru technicz- 35 nego oczyszczonego w znany sposób od tlenu i pary wodnej. Predkosc przeplywu liniowego czynnika fluidyzujacego wyniosla 0,26 m/seka jego wydatek 1580 l/min (powierzchnia rusztu 0,26 m2), Po 12 minutach temperatura matryc obnizyla sie 40 do 200°C. Po wylaczeniu przeplywu gazu fluidy- zujacego i opadnieciu materialu sypkiego na ruszt hartowane matryce wyjeto na powietrze.Po ostygnieciu matryc w spokojnym powietrzu do temperatury otoczenia, zmierzono ich twardosc, 45 która wyniosla 53 HRC, Te sama twardosc mialy takie same matryce oziebione w oleju hartowni¬ czym. W warstwie wierzchniej matryc oziebio¬ nych w oleju wystepowaly miejscowe naweglania, natomiast w warstwie wierzchniej matryc ozie- 50 biahych w zlozu fluidalnym nie wystapily zadne zmiany strukturalne.Jednoczesnie z matrycami poddano hartowaniu 20 sztuk pretów ze stali WWN10 25 max 10 mm. 55 Prety te po zahartowaniu wygrzewano przez 4 godz. W jednej z temperatur: 600°C, 625°C, 65Q°C, 675°C; po 5 pretów w kazdej z tych tempe¬ ratur. Nastepnie zmierzono twardosc pretów.Otonzymane wynikli -piizeldisrtawiitonja" w tafoelir. 60 Wyniki te charakteryzuja zdolnosc zahartowa¬ nej stali do zachowywania twardosci w tempera¬ turze czerwonego zaru. Zdolnosc ta jest jednako¬ wa dla detali hartowanych zarówno w. oleju jak 85 i w zlozu fluidalnym.107 199 Lp» 1 2 3 1 4 Temperatura wygrzewania 600°C 625°C 650°C 675°C Twardosc HRC po zachartowaniu 1 53 51,5 50,5—50,5 48—49 40,5 Przyklad II. Hartowaniu poddano 12 sztuk rozwiertaków 0 40 mm wykonanych ze stali SK 5 V wedlug polskiej normy PN-71/N-85022 o normalnym skladzie chemicznym 1,30—1,45% C, max 0,4% Mn, max 0,4% Si, 3,8—4,8% Cr, 12,0— —13,5% W, 0,75—1,25% Mo, 4,2—4,8% V, 5,0— —6,0% Co. Rozwiertaki po zaladowaniu do pojem¬ ników wstawiono do przedniej komory próznio¬ wego pieca hartowniczego. Po odpowietrzeniu w tej komoirize wsad prizeitirainiapjoo:(tK)iwiaino. meclia- niciziniie do komory girizewiczejji, gdzie plo (wstepnym poidlgrizamiiu i inas-teipnyim. nagarizainiiui dlo temipeira.tu- ry 1230i°C wsad byl iwygirzawainy iw teij tempera- taurize przez £10 minuiL Niastejpraie pojemnik z roiz- wiieiritaikaimii .zostal przeiniestiooiy do komory tylnej, gjdJzie oiziejhicinio. go iw zitoiziu rfMdalnyim do tem|pe- ratay 5l50oC.Zamknieto doplyw czynnika fluidyzacyjnego i uruchomiono wentylator; dalsze chlodzenie do temperatury 200°C przeprowadzono w strumieniu mieszaniny wodoru, azotu i amoniaku o wzrasta¬ jacym w miare chlodzenia udziale wodoru i azotu, a malejacym udziale amoniaku. Potem zas wyjeto z pieca. Ostudzono w spokojnym powietrzu do temperatury otoczenia. Zloze fluidalne otrzymano przez nadmuch mieszaniny 30% wodoru, 20% azo¬ tu i 50% amoniaku z szybkoscia liniowa 0,30m/sek pod ruszt z materialu porowatego (porolit) na którym spoczywalo nieruchome zloze materialu sypkiego. Czynnik fluidyzujacy otrzymano przez czesciowa termiczna dysocjacje amoniaku osuszo¬ nego najpierw na kolumnie z wodorotlenkiem potasu, a nastepnie w wymrazalniku spiralnym wypelnionym mieszanina alkoholu etylowego i ze¬ stalonego dwutlenku wegla.Materialem sypkim zloza bylo wyprazone w tem¬ peraturze 1250°C wapno hutnicze — gatunek I wedlug polskiej normy PN-60/H-11101 o nominal- 15 20 30 35 40 45 nym skladzie chemicznym przed prazeniem: min 93% CaO, max 2,0% Si02 min 0,1% S. Wapno to zostalo zmielone i przesiane przez sita. Frakcja o wymiarach ziarn 0,10—0,12 mm zostala zuzyta jako material sypki zloza fluidalnego. Rozwiertaki po zahartowaniu mialy twardosc 65 HRC, nie ustepujac pod tym wzgledem narzedziom w tej samej stali hartowanym w olejach. Jednak w od¬ róznieniu od oziebianych w oleju narzedzi o po¬ dobnych wymiarach wykonanych ze stali szybko¬ tnacych sa one pozbawione lokalnych nadtopien i naweglen.Zastrzezenia patentowe 1. Zloze fluidalne do chlodzenia detali stalo¬ wych wygrzewanych w prózni w celu hartowania, zawierajace materialy sypkie niereagujace che¬ micznie z powierzchnia detali obrabianych ciepl¬ nie, której temperatura jest wyzsza od 500°C oraz gazowy czynnik fluidyzujacy obojetny w stosunku do powierzchni obrabianego detalu, której tempe¬ ratura jest wieksza od 500°C, znamienne tym, ze material sypki stanowia sproszkowane wysokoto- pliwe metale lub ich tlenki lub wegiel lub ich mieszaniny nie oddzialywujace chemicznie z wy- murówka i elementami grzejnymi pieca, a czyn¬ nik fluidyzujacy stanowi mieszanina 70—95% ob¬ jetosciowych azotu z 5—30% objetosciowych wo¬ doru lub mieszanina 60—90% objetosciowych azo¬ tu z 10—40% objetosciowymi amoniaku. 2. Zloze wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze material sypki stanowia korzystnie sproszkowany chrom, zelazochrom lub wanad. 3. Zloze wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze material sypki stanowia korzystnie trójtlenek chromu lub tlenek berylu. 4. Zloze wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze material sypki stanowi korzystnie wapno hutnicze. 5. Zloze wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze w mieszaninie stanowiacej material sypki zloza iloczyn srednicy ziarn proszku i ciezaru wlasci¬ wego materialu ziarn jest jednakowy dla wszyst¬ kich skladników mieszaniny. 6. Zloze wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze czynnik fluidyzujacy stanowi zdysocjowany amo¬ niak o stopniu dysocjacji nie mniejszym od 0,5. PL