RU1772175C

RU1772175C - Method of steel article hardening

Info

Publication number: RU1772175C
Application number: SU904791868A
Authority: RU
Inventors: Александр Игоревич Скворцов; Сергей Александрович Ермаков; Николай Алексеевич Соснин; Юрий Игоревич Скворцов
Original assignee: Ленинградское конструкторское бюро технологического оснащения
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1992-10-30

Abstract

Использование: изобретение относитс к области термической обработки стали и может быть использовано в машиностроении при изготовлении инструмента типа вырубных и пробивных штампов. Сущность: инструмент погружают в расплав металла с выступанием рабочей поверхности над расплавом и закаливают струей плазмы, при этом расплав металла в процессе закалки охлаждают до температуры ниже температуры плавлени металла расплава 1 табл.Usage: the invention relates to the field of heat treatment of steel and can be used in mechanical engineering in the manufacture of tools such as punching and punching dies. SUBSTANCE: instrument is immersed in a metal melt with the protrusion of the working surface above the melt and quenched with a plasma jet, while the metal melt is cooled to a temperature below the melting point of the melt metal in the process of quenching 1 table.

Description

Изобретение относитс к области термической обработки и может быть использовано при поверхностной закалке плазмой деталей малой массы и размеров и сложной формы (например, деталей штампов) дл получени высокой поверхностной твердости , стойкости против межкристаллитной коррозии и др.The invention relates to the field of heat treatment and can be used for surface hardening with plasma of parts of small mass and size and complex shape (e.g., stamp parts) to obtain high surface hardness, resistance to intergranular corrosion, etc.

Известен способ закалки поверхности, при котором в качестве источника нагрева используют плазменную струю, обеспечивающую нагрев поверхности до температуры закалки, а охлаждение осуществл ют теплоотводом в более холодную часть закаливаемой детали, котора не успевает прогретьс за короткое врем воздействи плазмы.There is a known method of surface hardening, in which a plasma jet is used as a heating source, heating the surface to a hardening temperature, and cooling is carried out by heat removal to the colder part of the hardened part, which does not have time to warm up in a short time of exposure to plasma.

Однако такой способ применим только дл деталей простой формы, имеющих достаточно большую массу и размеры, необходимые дл обеспечени отвода тепла со скоростью закалкиHowever, this method is applicable only to parts of simple shape having a sufficiently large mass and dimensions necessary to ensure heat dissipation at a quenching rate

Необходимый дл обеспечени закалки поверхностного сло термический цикл вThe thermal cycle necessary to ensure surface quenching is

детал х сложной формы, соизмеримых с размером струи размеров и малой масси создать не удаетс в результате неодинаковых и неудовлетворительных услови л тепло- отвода и нагрева. Детали сложной формы прогревают до температуры закалки плазменной струей на разных участках иг неодинаковую глубину. Участки, имеющие малые размеры, соизмеримые с размером плазменной с груи, прогреваютс чрезмерно глубоко и в этих зонах недопустимо растет зерно.details of complex shape commensurate with the size of the jet of dimensions and small mass cannot be created as a result of unequal and unsatisfactory conditions for heat removal and heating. Parts of complex shape are heated to a temperature of quenching by a plasma jet in different sections of y and unequal depth. Sites having small dimensions commensurate with the size of the plasma from the pile are heated excessively deeply and grain is unacceptably growing in these zones.

Снижение интенсивности нагрева позвол ет избежать роста зерна, но приводит к недопустимому уменьшению глубины зоны прогрева до температуры закалки Однако закалки поверхности достигнуть не удаетс вследствие того, что масса деталей (участков деталей) малого размера h едоста- точна дл обеспечени теплоотвода со скоростью закалки.Reducing the intensity of heating avoids grain growth, but leads to an unacceptable decrease in the depth of the heating zone to the hardening temperature. However, surface hardening is not possible due to the fact that the mass of parts (parts of parts) of small size h is sufficient to provide heat removal with a hardening rate.

Известен способ закалки с помощью плазмы, включающий помещение и щели в закалочную жидкость так. что на позер/но««ЈA known method of hardening using plasma, including the premises and cracks in the quenching liquid as follows. what a pose / but "" Ј

-ч|h |

х|x |

сти жидкости остаетс часть детали, подлежаща закалке, а остальные части наход тс в жидкости, и по открытой части осуществл етс разогрев под закалку плазменной струейpart of the part to be quenched, and the remaining parts are in the liquid, and the open part is heated by quenching by a plasma jet

Однако при закалке плазменна стру в этом случае выдувает закалочную жидкость от границы закаливаемой поверхности; при этом ухудшаютс услови охлаждени закаливаемых участков поверхности издели , что приводит к неравномерности нагрева, охлаждени и, как следствие, неравномерности закалки. Кроме того, ввиду недоста- ючно высоких теплопроводности и теплоемкости примен емых жидкостей, эффективность охлаждени не всегда достаточна , что также приводит к неравномерности закалки: на участках издели , имеющих малые размеры, соизмеримые с размерами струи, даже при малой мощности плазмы растет зерно, в то же врем на массивных детал х издели при этой мощности глубина прогрева, а часто и температура поверхности недостаточны дл получени заданного закалочного сло .However, during quenching, the plasma jet in this case blows out the quenching fluid from the boundary of the quenched surface; in this case, the cooling conditions of the hardened areas of the product surface are worsened, which leads to uneven heating, cooling and, as a consequence, uneven hardening. In addition, due to the insufficiently high thermal conductivity and heat capacity of the liquids used, the cooling efficiency is not always sufficient, which also leads to uneven quenching: in sections of the product that are small in size, commensurate with the size of the jet, grain grows even at a low plasma power, at the same time, on massive parts of a product with this power, the heating depth, and often the surface temperature, is insufficient to obtain a given quenching layer.

Возникающа неравномерность закалки особенно силоно про вл етс на вырубных , пробивных, гибочных штампах, которые имеют особенно сложную форму.The resulting unevenness of quenching is especially silo manifested on punching, punching, bending dies, which have a particularly complex shape.

Вследствие указанного не удаетс получить удовлетворительную стойкость этих штампов.Due to the foregoing, it is not possible to obtain satisfactory durability of these dies.

Целью изобретени вл етс повышение стойкости изделий, преимущественно оснастки и инструмента, путем обеспечени равномерности закалки плазменной струей.The aim of the invention is to increase the durability of products, mainly tooling and tools, by ensuring uniformity of quenching by a plasma jet.

Указанна цель достигаетс тем что изделие погружают в закалочную жидкость с выступанием закаливаемой рабочей поверхности над поверхностью жидкости, которую в процессе или перед закалкой охлаждают до температуры ниже температуры плавлени жидкости, перевод ее в твердое состо ние на весь период нагрева или на его часть.This goal is achieved in that the product is immersed in the quenching liquid with the protruding quenched working surface above the surface of the liquid, which, during or before quenching, is cooled to a temperature below the melting temperature of the liquid, turning it into a solid state for the entire heating period or its part.

Усиление эффективности данного способа достигаетс тем, что в качестве закалочной жидкости используют расплав металлов с более высокой, чем у традиционных закалочных жидкостей теплопроводностью и теплоемкостью.The effectiveness of this method is enhanced by the fact that a melt of metals with a higher thermal conductivity and heat capacity than conventional quenching liquids is used.

В процессе закалки по данному способу не происходит выдувани закалочной жидкости плазменной струей у границ издели , поэтому обеспечиваетс эффективное экранирование поверхностей, не подлежащих нагреву и закалке.During the hardening process according to this method, the quenching liquid is not blown out by the plasma jet at the boundaries of the article, therefore, effective shielding of surfaces not subject to heating and quenching is provided.

Омоноличивание. происход щее при замораживании закаливаемого издели с закалочной жидкостью - металлическимMonolithization. what happens when a quenched product is frozen with a quenching liquid - metal

сплавом, обладающим высокими теплофи- зическими свойствами, обеспечивает услови нагрева и охлаждени частей закаливаемого издели любой формы и рэзмеров равноценные услови м, имеющимс при закалке массивного издели простой формы, в результате чего достигаетс равномерность твердости, структурных характеристик ,an alloy having high thermal properties, it provides the conditions for heating and cooling parts of the hardened product of any shape and dimensions equivalent to the conditions that exist when hardening a massive product of simple shape, as a result of which uniformity of hardness, structural characteristics, is achieved,

0 Дл реализации способа предпочтительно использовать сплавы с температурой плавлени ниже, чем температура, привод ща к отпуску. Если температура плавлени примен емого сплава выше тем5 пературы отпуска, то врем пребывани при температуре выше температуры отпуска ограничивают настолько, чтобы не происходило снижение твердости ниже заданной, что достигаетс принудительным ускоренным0 To implement the method, it is preferable to use alloys with a melting point lower than the temperature leading to tempering. If the melting point of the alloy used is higher than the tempering temperature, then the residence time at a temperature above the tempering temperature is limited so that there is no decrease in hardness below the set value, which is achieved by forced accelerated

0 охлаждением в процессе погружени в закалочную жидкость и ускоренным нагревом дл удалени расплава после закалки.0 cooling by immersion in the quenching liquid and accelerated heating to remove the melt after quenching.

Предлагаемый способ отличаетс от прототипа тем, что в процессе закалки, доThe proposed method differs from the prototype in that in the hardening process, up to

5 ее начала закалочную жидкость вместе с закаливаемым изделием охлаждают до температуры ниже температуры плавлени , перевод таким образом ее в твердое состо ние, а также тем, что эффективность5 of its beginning, the quenching liquid, together with the quenched product, is cooled to a temperature below the melting point, thereby translating it into a solid state, and also by the fact that

0 способа усиливаетс использованием в а- честве закалочной жидкости более теплоемкого и теплопроводного, чем традиционные жидкости, металлического сплава.0 of the method is enhanced by the use of a quenching liquid as a more heat-consuming and thermally conductive metal alloy than traditional liquids.

Пример. Производилась плазменна Example. Plasma produced

5 закалка матрицы опытного штампа дл пробивки и вырубки детали - пластины ротора ВД6521 -37615 hardening of the matrix of an experimental stamp for punching and cutting parts - rotor plates VD6521 -3761

79065 - 0452 твердость контролировалась до и после79065-0452 hardness controlled before and after

0 плазменной закалки у двух пуансонов диаметрами 2 и 5 мм и кольца толщиной 50 мм из стали У10. Все детали высотой 46 мм. Дл исследований закаливали образцы-свидетели диаметрами 3 и 50 мм х 46 мм твердость0 plasma hardening of two punches with diameters of 2 and 5 mm and a ring 50 mm thick of steel U10. All parts are 46 mm high. For research, test specimens with diameters of 3 and 50 mm x 46 mm were hardened.

5 исследованных деталей и образцоЕ - в таблице . Плазменную закалку производили на плазменной установке УПС-301, модернизированной дл закалки плазмой косвенного действи . Режим: ток дуги - 210 А,The 5 investigated parts and sample are in the table. Plasma quenching was carried out on a UPS-301 plasma system, which was upgraded for indirect quenching by plasma. Mode: arc current - 210 A,

0 напр жение 39 В, скорость перемещени - 10 м/ч, скорость стечени плазмы из сопла - 4 л/мин. Режим заливки сплавом перед закалкой и температуру сплава выбирали следующим образом. Допустимой темпера5 турой при длительном нагреве считали температуру 175-200°-С. вл ющуюс температурой низкого отпуска дл этой стали . Поэтому температуру плавлени и суммарное врем заливки и освобождени после закалки от сплава считали допустимыэлектродвигател 0 voltage 39 V, travel speed 10 m / h, velocity of plasma confluence from the nozzle 4 l / min. The mode of pouring the alloy before quenching and the temperature of the alloy were chosen as follows. The permissible temperature for prolonged heating was considered to be 175-200 ° C. which is the low tempering temperature for this steel. Therefore, the melting temperature and the total time of filling and emitting after quenching from the alloy were considered acceptable electric motors

гдеWhere

ми, если тепловое воздействие не приводило к снижению твердости, большему, чем при стандартном отпуске в течение 1 часов при температуре 175-200°С. Использовали сплав ПОС-90 с температурой ликвидус 220°С, нагрева его перед заливкой до 250°С. Дл сохранени твердости, соответствующей твердости после отпуска при температуре 120°С. ограничили врем заливки и удалени сплава при этой температуре 10 минутами, дл чего после заливки и после удалени сплава производили охлаждение водой, Дл улучшени смачивани перед заливкой матрицу нагревали до температуры 150°С.if thermal exposure did not lead to a decrease in hardness, greater than with standard tempering for 1 hour at a temperature of 175-200 ° C. Used POS-90 alloy with a liquidus temperature of 220 ° C, heating it before casting to 250 ° C. To maintain hardness corresponding to hardness after tempering at a temperature of 120 ° C. the time for pouring and removing the alloy at this temperature was limited to 10 minutes, for which, after pouring and after removing the alloy, water was cooled. To improve wetting, the matrix was heated to 150 ° C before pouring.

Заливку матрицы производили до уровн на 1,5 мм ниже режущей кромки.The matrix was poured to a level 1.5 mm below the cutting edge.

Замеры толщины покрыти производились на косых шлифах. Структура закаленного сло - мартенсит и остаточный аустенит, Структура основного металла не изменилась.Coating thickness measurements were made on oblique sections. The structure of the hardened layer is martensite and residual austenite. The structure of the base metal has not changed.

Проведенные испытани штампа показали , что по вление заусенца, превышающего допустимую величину наступило после вырубки более чем двукратного количества деталей по сравнению с вырубкой этим штампом до переточки и закалки.Tests of the stamp showed that the appearance of a burr exceeding the permissible value occurred after cutting more than twice the number of parts compared to cutting this stamp before regrinding and hardening.

предлагаемого методаproposed method

Использование позволит:Use will allow:

-заменить во многих случа х высокочастотную закалку, св занную с расчетами,- replace in many cases the high-frequency quenching associated with the calculations,

изготовлением индукторов сложной формы, с применением дорогосто щих высокочастотных установок;the manufacture of inductors of complex shape, using expensive high-frequency installations;

-применить в р де случаев поверхностную закалку там, где ее осуществление ранее было технически невозможно;- apply in some cases surface hardening where its implementation was previously technically impossible;

-использовать плазменную закалку как метод поверхностного упрочнени деталей штампов.- use plasma hardening as a method of surface hardening of die parts.

Фбрмула изобретени Formula of the invention

Способ закалки стальных изделий, преимущественно рабочих поверхностей вырубного и пробивного штампового инструмента, включающий погружение издели в охлаждающую жидкость с выступанием рабочей поверхности над повер- хностью жидкости, нагрев рабочей поверхности струей плазмы и закалка этой поверхности, отличающийс тем, что, с целью увеличени стойкости инструментаThe method of hardening steel products, mainly the working surfaces of punching and punching die tools, comprising immersing the product in coolant with the protrusion of the working surface above the surface of the liquid, heating the working surface with a plasma jet and hardening of this surface, characterized in that, in order to increase tool life

путем обеспечени равномерной закалки рабочей поверхности, изделие погружают в расплав металла, который в процессе закалки охлаждают до температуры ниже температуры плавлени металла расплава.by ensuring uniform quenching of the working surface, the product is immersed in a metal melt, which is cooled during the quenching process to a temperature below the melting point of the metal of the melt.

Свойства стали до и после плазменной поверхности закалкиProperties of steel before and after plasma hardening surface