RU2107739C1 - Method of surface hardening and device for its embodiment - Google Patents
Method of surface hardening and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2107739C1 RU2107739C1 RU96111732A RU96111732A RU2107739C1 RU 2107739 C1 RU2107739 C1 RU 2107739C1 RU 96111732 A RU96111732 A RU 96111732A RU 96111732 A RU96111732 A RU 96111732A RU 2107739 C1 RU2107739 C1 RU 2107739C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature jet
- hardening
- temperature
- heat flux
- module
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, более конкретно - к упрочнению металлов, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и механизмов, эксплуатируемых в различных областях техники. The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to hardening of metals, and can be used for surface hardening of machine parts and mechanisms operated in various fields of technology.
Термическое упрочнение стальных деталей является одним из наиболее эффективных и действенных способов увеличения ресурса работы нагруженных элементов машин и механизмов и снижения их материалоемкости. Во многих случаях технически и экономически оправдана локальная термообработка, когда упрочняют только наиболее нагруженную рабочую поверхность детали, оставляя нетронутой сердцевину. Thermal hardening of steel parts is one of the most effective and efficient ways to increase the service life of loaded elements of machines and mechanisms and reduce their material consumption. In many cases, local heat treatment is technically and economically justified when only the most loaded work surface of the part is hardened, leaving the core intact.
Известны различные методы поверхностного упрочнения металлов и устройства для их реализации. Прогресс в повышении качества термообработки рабочих поверхностей деталей связывают с применением концентрированных источников энергии, когда традиционные методы химикотермической обработки по каким-либо причинам неприемлемы, используют лазерную закалку [1]. Лазерное термоупрочнение характеризуется малым временем воздействия, обеспечивает отсутствие деформации деталей, позволяет получать требуемую структуру поверхностного участка и соответствующие свойства. There are various methods of surface hardening of metals and devices for their implementation. Progress in improving the quality of heat treatment of work surfaces of parts is associated with the use of concentrated energy sources, when traditional methods of chemical thermal treatment are unacceptable for any reason, they use laser hardening [1]. Laser thermal hardening is characterized by a short exposure time, ensures the absence of deformation of parts, allows you to obtain the desired structure of the surface area and the corresponding properties.
Однако этот метод имеет низкий КПД преобразования электрической энергии в лазерное излучение, характеризуется высокими требованиями к качеству обрабатываемой поверхности, высокой стоимостью лазерных установок, их низкой надежностью, малой производительностью, ограниченным размерами упрочняемой зоны. Из способов термообработки высококонцентрированными источниками нагрева наиболее экономичным и производительным является плазменный, он характеризуется меньшей стоимостью, доступностью технологического оборудования и большими размерами упрочненной зоны. However, this method has a low efficiency of converting electric energy into laser radiation, is characterized by high demands on the quality of the processed surface, the high cost of laser systems, their low reliability, low productivity, and limited size of the hardened zone. Of the methods of heat treatment with highly concentrated heat sources, the most economical and productive is plasma, it is characterized by lower cost, accessibility of technological equipment and large dimensions of the hardened zone.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому техническому решению является способ плазменной поверхностной закалки [2]. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed technical solution is a method of plasma surface hardening [2].
Сущность способ плазменной поверхностной закалки заключается в быстром концентрированном нагреве рабочей поверхности плазменной струей и охлаждении поверхностного слоя как за счет стока теплоты в холодные слои металла, так и за счет спрейерного охлаждения поверхности. Плазменную струю располагают нормально (в отдельных случаях под углом 75-80o) к закаливаемой поверхности. Уровень плотности теплового потока в пятне нагрева зависит от мощности плазмотрона, расхода и используемого плазмообразующего газа, диаметра сопла, дистанции от среза сопла до поверхности детали. Тепловой поток распределяется по пятну нагрева по закону, близкому к кривой вероятнсоти Гаусса. Абсолютные значения достигают 106 - 108 Вт/м2. Термический цикл плазменной поверхностной закалки состоит из фазы нагрева длительностью 0,9 - 1,2 с и фазы охлаждения 1,5 - 1,8 с. Скорость нагрева стали может достигать 1,5•103 К/с и выше. Нагрев поверхности при закалке сталей осуществляют, как правило, до температуры (0,7-0,95)Tпл, где Tпл - температура плавления материала. В качестве генератора высокотемпературной струи используют электродуговой плазмотрон, работающий на аргоне или азоте, со спрейером. Зазор между срезом сопла плазмотрона и обрабатываемой поверхностью устанавливают в зависимости от мощности плазмотрона, требуемой глубины упрочнения, твердости и т.д. [2], с. 82-99).The essence of the method of plasma surface hardening is the rapid concentrated heating of the working surface with a plasma jet and cooling of the surface layer due to the drain of heat into the cold layers of the metal, and due to spray cooling of the surface. The plasma jet is positioned normally (in some cases at an angle of 75-80 o ) to the hardened surface. The level of heat flux density in the heating spot depends on the power of the plasma torch, the flow rate and the plasma gas used, the diameter of the nozzle, the distance from the nozzle exit to the surface of the part. The heat flux is distributed over the heating spot according to a law close to the Gaussian probability curve. Absolute values reach 10 6 - 10 8 W / m 2 . The thermal cycle of plasma surface hardening consists of a heating phase with a duration of 0.9 - 1.2 s and a cooling phase of 1.5 - 1.8 s. The heating rate of steel can reach 1.5 • 10 3 K / s and higher. The surface heating during hardening of steels is carried out, as a rule, to a temperature of (0.7-0.95) T pl , where T pl is the melting temperature of the material. An electric arc plasmatron operating on argon or nitrogen with a sprayer is used as a generator of a high-temperature jet. The gap between the cut of the nozzle of the plasma torch and the workpiece is set depending on the power of the plasma torch, the required depth of hardening, hardness, etc. [2], p. 82-99).
Недостатками указанного способа и устройства, с использованием которых этот способ реализуется, являются невысокая производительность и низкое качеств закалки за счет недостаточной прокаливаемости и трещиностойкости. The disadvantages of this method and the device with which this method is implemented are low productivity and low hardening qualities due to insufficient hardenability and crack resistance.
Основной задачей изобретения являются усовершенствования известных способа поверхностной плазменной закалки и устройства для его реализации путем выбора угла между высокотемпературной струей и закаливаемым изделием, при плавно нарастающей плотности теплового потока от высокотемпературной струи к изделию, а также за счет применения в устройстве дополнительного элемента - коробчатого модуля и его конструктивных особенностей, что позволяет достичь равномерного прогрева по всей зоне контакта высокотемпературной струи с обрабатываемой поверхностью и тем самым повысить производительность процесса, улучшить прокаливаемость и трещиностойкость упрочненных деталей, обеспечивающих их высокое качество. The main objective of the invention is to improve the known surface plasma hardening method and device for its implementation by selecting the angle between the high-temperature jet and the hardened product, with a gradually increasing heat flux density from the high-temperature jet to the product, as well as through the use of an additional element in the device - a box-shaped module and its design features, which allows to achieve uniform heating throughout the contact zone of the high-temperature jet with the process th surface and thus improve productivity of the process, to improve the hardenability and fracture toughness of reinforced parts, ensuring their high quality.
Для максимальной эффективности поставленной задачи оптимизируют время нарастания теплового потока. For maximum efficiency of the task, optimize the rise time of the heat flux.
Поставленная задача достигается тем, что при поверхностной закалке, включающей нагрев поверхности высокотемпературной струей до температуры (0,7 - 0,95)Tпл материала с последующим охлаждением, нагрев поверхности осуществляют высокотемпературной струей, расположенной под углом 30 - 60o к обрабатываемой поверхности навстречу ее движению с плавно нарастающей плотностью теплового потока от высокотемпературной струи к обрабатываемой поверхности. Время нарастания плотности теплового потока выбирают в пределах (0,5 - 2)tср, где tср = (t1 + t2)/2 - среднее время в температурном интервале с Т1 = 20oC до T2 = 0,95 Tпл, 
Устройство для поверхностной закалки, содержащее генератор высокотемпературной струи со спрейером для охлаждения обрабатываемой зоны, дополнительно содержит коробчатый модуль в виде трех рабочих граней, установленный в торце генератора высокотемпературной струи, при этом длина коробчатого модуля составляет (7-12)dс, ширина большей грани модуля (2-4)dс, где dс - диаметр сопла генератора высокотемпературной струи. Благодаря тому, что нагрев поверхности осуществляют высокотемпературной струей, расположенной под углом 30-60o к обрабатываемой поверхности навстречу ее движению, изменяется степень локализации ввода тепла в обрабатываемое изделие. От этого зависят темп нагрева и охлаждения, КПД процесса, что влияет на такие важные факторы, как распределение свойств закаленного слоя по глубине и ширине, величину остаточных напряжений, что в конечном счете приводит к повышению производительности, улучшению прокаливаемости и повышению трещиностойкости и, следовательно, повышению качества закалки изделия.The surface hardening device, comprising a high-temperature jet generator with a sprayer for cooling the treated area, additionally contains a box module in the form of three working faces mounted at the end of the high-temperature jet generator, while the length of the box module is (7-12) d s , the width of the larger face module (2-4) d s , where d s is the diameter of the nozzle of the high-temperature jet generator. Due to the fact that the heating of the surface is carried out by a high-temperature jet located at an angle of 30-60 o to the surface to be processed towards its movement, the degree of localization of heat input into the workpiece changes. The heating and cooling rate, the efficiency of the process depend on this, which affects such important factors as the distribution of the properties of the hardened layer in depth and width, the magnitude of the residual stresses, which ultimately leads to increased productivity, improved hardenability and increased crack resistance and, therefore, improving the quality of hardening of the product.
Плавное нарастание плотности теплового потока в заявляемых пределах позволяет оптимально согласовать закон подвода тепла от внешнего источника с распространением тепла вглубь материала в соответствии с его теплофизическими свойствами. За счет этого улучшается прокаливаемость и повышается трещиностойкость. Благодаря дополнительной установке к генератору высокотемпературной струи коробчатого модуля с заданными соотношениями размеров реализуется заявляемый способ, т. е. обеспечивается пролонгированный оптимальный ввод тепла в нагреваемую поверхность, повышается КПД процесса, обеспечивается увеличение производительности, улучшается прокаливаемость, повышается трещиностойкость. A smooth increase in the heat flux density within the claimed limits makes it possible to optimally coordinate the law of heat supply from an external source with the distribution of heat deep into the material in accordance with its thermophysical properties. Due to this, hardenability improves and crack resistance increases. Thanks to the additional installation of a box-shaped module with a predetermined aspect ratio to the generator of a high-temperature jet, the inventive method is implemented, i.e., a prolonged optimal heat input to the heated surface is provided, process efficiency is increased, productivity is increased, hardenability is improved, and crack resistance is increased.
Причинно-следственная связь. Causal relationship.
Сущность изобретения и механизм влияния характера нагрева материала под закалку на характеристики процесса и свойства упрочненных слоев заключается в следующем. The invention and the mechanism of the nature of the heating of the material under quenching on the characteristics of the process and the properties of the hardened layers is as follows.
Процесс распространения теплоты обусловливается действием внешнего источника теплоты в виде заданного пространственного распределения плотности мощности теплового источника на поверхности изделия и характера изменения во времени (соответственно распределения и изменения плотности теплового потока через поверхность) и внутреннего источника в виде теплоты фазовых переходов (теплота полиморфных превращений в 10 и более раз меньше скрытой теплоты плавления и незначительно изменяет удельную энтальпию нагретого металла, в инженерных расчетах может не учитываться). The heat propagation process is determined by the action of an external heat source in the form of a given spatial distribution of the power density of the heat source on the product surface and the nature of the change in time (respectively, the distribution and change in the density of the heat flux through the surface) and the internal source in the form of heat of phase transitions (heat of polymorphic transformations of 10 and more than less than the latent heat of fusion and slightly changes the specific enthalpy of the heated metal, in engineering accounts could not be considered).
В соответствии с изобретением задается характер нарастания плотности теплового потока через поверхность во времени с изменением закона пространственного распределения в пятне нагрева. Наиболее общим случаем является нормальное (гауссово) распределение плотности струйного источника нагрева и адекватное ему плотности теплового потока, поскольку плазменную струю располагают нормально к поверхности. In accordance with the invention, the nature of the increase in the density of the heat flux through the surface in time with a change in the law of spatial distribution in the heating spot is set. The most common case is the normal (Gaussian) density distribution of the jet heating source and the heat flux density adequate to it, since the plasma jet is positioned normal to the surface.
Плавное нарастание плотности теплового потока от высокотемпературной струи к обрабатываемой поверхности в области, близкой к теплонасыщению материала (когда температурные поля, адекватные данной плотности теплового потока, успевают уходить на глубину, соразмерную с радиусом пятна нагрева, и успевают отслеживать возрастание плотности теплового потока), приводит к количественным и качественным изменениям процесса поверхностной закалки и свойств закаленного слоя. A smooth increase in the heat flux density from a high-temperature jet to the surface to be treated in a region close to the heat saturation of the material (when the temperature fields adequate to a given heat flux density manage to go to a depth commensurate with the radius of the heating spot and manage to track the increase in heat flux density), leads to quantitative and qualitative changes in the surface hardening process and the properties of the hardened layer.
Взаимосвязь времен нарастания плотности теплового потока и теплонасыщения материала обусловлена ощутимой зависимостью теплопроводности, теплоемкости и соответственно температуропроводности материалов от температуры. Для закаливающихся сталей с повышением температуры теплопроводность убывает, температура возрастает. Так, температуропроводность низко и высокоуглеродистых (подвергающихся поверхностной закалке) сталей изменяется с ≈ 0,13 см2/с при T = 20oC до ≈ 0,56 см2/с при T = 2200oC. Это обстоятельство приводит к тому, что при резком интенсивном тепловом воздействии тонкие приповерхностные слои материалов за малое время прогреваются до высоких температур (T ≈ Tпл), ограничивают проникновение тепла во внутри и перегреваются.The relationship between the times of increase in the heat flux density and the heat saturation of the material is due to the tangible dependence of the thermal conductivity, heat capacity and, accordingly, the thermal diffusivity of materials on temperature. For hardening steels, with increasing temperature, the thermal conductivity decreases, the temperature increases. Thus, the thermal diffusivity of low and high carbon (surface hardened) steels varies from ≈ 0.13 cm 2 / s at T = 20 o C to ≈ 0.56 cm 2 / s at T = 2200 o C. This leads to that under sharp intense heat exposure, the thin surface layers of materials warm up to high temperatures in a short time (T ≈ T pl ), limit the penetration of heat into the inside and overheat.
В соответствии с изобретением характер нарастания теплового потока через поверхность согласуется с теплофизическими свойствами материалов, подвергающихся поверхностной закалке. In accordance with the invention, the nature of the increase in heat flux through the surface is consistent with the thermophysical properties of materials subjected to surface hardening.
За счет ориентации высокотемпературной струи под углом 30-60o к обрабатываемой поверхности навстречу движению формируется стелящийся вдоль упрочняемой зоны высокотемпературный поток, обеспечивая увеличение доли тепла, передаваемой на нагрев материала и выполнение требуемого характера нарастания плотности теплового потока.Due to the orientation of the high-temperature jet at an angle of 30-60 o to the surface to be processed towards the movement, a high-temperature flow that streams along the hardened zone is formed, providing an increase in the fraction of heat transferred to the heating of the material and the required character of the increase in the heat flux density.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вариант для закалки плоских поверхностей; на фиг. 2 - то же, вариант для закалки тел вращения; на фиг. 3 - типичное распределение микротвердости при поверхностном упрочнении. In FIG. 1 shows the proposed device, an option for hardening flat surfaces; in FIG. 2 - the same option for hardening bodies of revolution; in FIG. 3 is a typical distribution of microhardness during surface hardening.
Устройство содержит генератор 1 высокотемпературной струи с коммуникациями 2 и спрейером 3, установленными в торце коробчатого модуля 4. The device comprises a high-
Устройство для поверхностной закалки работает следующим образом. Device for surface hardening works as follows.
Коробчатый модуль 4 с закрепленным в торце генератором 1 высокотемпераптурной струи устанавливают на поверхности упрочняемого изделия 5 с минимальным зазором между боковыми гранями и поверхностью упрочняемого изделия 5, при котором обеспечивается свободное относительное перемещение. При этом гранями коробчатого модуля и упрочняемой поверхностью образуется сужающийся в сечении и открытый в стороне, противоположной от генератора высокотемпературной струи, канал. Генератор 1 высокотемпературной струи с модулем 4 устанавливают неподвижно, а упрочняемую деталь 5 приводят в движение навстречу генератору 1 высокотемпературной струи. Включают генератор 1, из сопла диаметром dс вытекает высокотемпературная струя под углом 30-60o к поверхности упрочняемого изделия. Струя, пройдя через сужающийся к выходу канал, образованный боковыми гранями модуля 4 и поверхностью упрочняемого изделия 5, выходит в атмосферу. При своем течении в канале вдоль упрочняемой поверхности высокотемпературная струя прогревает упрочняемую поверхность на длине (7-12)dс, обеспечивая плавное нарастание плотности теплового потока в упрочняемую поверхность при ее движении от выхода канала до места встречи высокотемпературной струи с поверхностью изделия 5. Далее в зависимости от требуемой твердости и структуры упрочненного слоя на спрейер 3 подают воду, сжатый воздух либо его отключают вовсе, обеспечивая закалку только за счет теплоотвода в глубь материала изделия 5.A
Пример. В качестве генератора высокотемпературной струи использовали плазмотрон, работающий в диапазоне мощностей 20-80 кВт с использованием в качестве плазмообразующего газа смеси воздуха с пропан-бутаном при коэффициенте избытка окислителя α = 0,6-∞. . Диаметр сопла плазмотрона dс = 8 - 16 мм. Расход плазмообразующей смеси 5 - 15 м3/ч. Наши исследования с различными плазмообразующими средами (аргоном, азотом, аргоноводородными смесями, CO2 + CH4 + O2, NH3) показали, что наилучшие результаты по поверхностной плазменной закалке получаются при работе на смеси воздуха с углеводородным газом (метаном, пропан-бутаном) при коэффициенте избытка окислителя α = 0,7 - 0,9.Example. As a generator of a high-temperature jet, a plasmatron operating in the power range of 20-80 kW was used using a mixture of air with propane-butane as a plasma-forming gas at an oxidizer excess coefficient of α = 0.6-∞. . The diameter of the plasma torch nozzle d c = 8 - 16 mm. The consumption of the plasma-forming mixture is 5-15 m 3 / h. Our studies with various plasma-forming media (argon, nitrogen, argon-hydrogen mixtures, CO 2 + CH 4 + O 2 , NH 3 ) showed that the best results on surface plasma hardening are obtained when working on a mixture of air with a hydrocarbon gas (methane, propane-butane) ) when the coefficient of excess oxidizer α = 0.7 - 0.9.
Для упрочнения использовали сталь 60 следующего химсостава, мас.%: C 0,57-0,65; Si 0,17-0,37; Mn 0,5-0,8; Cr < 0,25; Ni < 0,25; S < 0,04, Fe - остальное. For hardening,
Металлографические исследования показали, что важнейшей отличительной особенностью структур, сформированных при плазменной закалке, является высокая дисперсность мартенсита, бейнита, троостита (в зависимости от режима охлаждения) в упрочненном слое. Metallographic studies have shown that the most distinctive feature of structures formed during plasma hardening is the high dispersion of martensite, bainite, troostite (depending on the cooling mode) in the hardened layer.
Пролонгированный нагрев поверхностного слоя в соответствии с изобретением обеспечивает лучшее использование мощности высокотемпературной струи, увеличение скорости закалки и формирование между упрочненным слоем и сердцевиной "мягкой" зоны отпуска с высокодисперсной трооститно-сорбитной структурой. Это обстоятельство является важной причиной повышения трещиностойкости поверхностно упрочненных изделий. В мягкой разупрочненной зоне происходит торможение трещин, возникающих в хрупком закаленном слое. Пролонгированный нагрев приводит к более плавному изменению структуры и микротвердости по глубине. Это обстоятельство обусловливает снижение напряжений растяжения за пределами закаленной зоны с 115 до 20-30 МПа (определены рентгеновским методом с использованием дифрактометра Дрон-1). Вблизи осевой линии закаленной зоны наблюдаются значительные напряжения сжатия до 1300 МПа. Prolonged heating of the surface layer in accordance with the invention provides better use of the power of the high-temperature jet, an increase in the hardening rate, and the formation between the hardened layer and the core of the “soft” tempering zone with a highly dispersed troostite-sorbitol structure. This fact is an important reason for increasing the crack resistance of surface hardened products. In the soft softened zone, braking of cracks occurring in the brittle hardened layer takes place. Prolonged heating leads to a smoother change in structure and microhardness in depth. This circumstance causes a decrease in tensile stresses outside the hardened zone from 115 to 20-30 MPa (determined by the X-ray method using a Dron-1 diffractometer). Significant compression stresses up to 1300 MPa are observed near the center line of the hardened zone.
Наличие больших напряжений сжатия и снижение напряжений растяжения является важным фактором, указывающим на возможность повышения работоспособности деталей после такого упрочнения, работающих в условиях контактных и знакопеременных нагрузок. The presence of high compressive stresses and a decrease in tensile stresses is an important factor indicating the possibility of increasing the performance of parts after such hardening, working under conditions of contact and alternating loads.
Кривая 1 - поверхностная закалка в соответствии с прототипом на режиме: мощность плазмотрона - 50 кВт, расход плазмообразующей смеси 7 м3/ч., α = 0,9; расстояние от среза сопла до упрочняемой поверхности 10 мм, скорость относительного перемещения 2 см/с. Плазменная струя - нормально к поверхности (фиг. 3).Curve 1 - surface hardening in accordance with the prototype in the mode: plasma torch power - 50 kW, plasma-forming mixture consumption 7 m 3 / h, α = 0.9; the distance from the nozzle exit to the hardened surface is 10 mm; the relative displacement velocity is 2 cm / s. The plasma jet is normal to the surface (Fig. 3).
Кривая 2 - поверхностная закалка в соответствии с изобретением на режиме: мощность плазмотрона - 50 кВт, расход плазмообразующей смеси 7 м3/ч., α = 0,9; расстояние от среза сопла (по оси) до упрочняемой поверхности 10 мм, скорость относительного перемещения 5 см/с, плазменная струя под углом 45o к поверхности, относительная длина модуля 10 (фиг. 3).Curve 2 - surface hardening in accordance with the invention in the mode: plasma torch power - 50 kW, plasma-forming mixture consumption 7 m 3 / h, α = 0.9; the distance from the nozzle exit (along the axis) to the hardened surface is 10 mm, the relative displacement velocity is 5 cm / s, the plasma jet is at an angle of 45 o to the surface, the relative length of the module 10 (Fig. 3).
Кривая 3 - микротвердость материала основы (фиг. 3). Curve 3 - microhardness of the base material (Fig. 3).
В обоих случаях нагрев поверхности осуществлялся до температуры T ≈ 0,9 Tпл. При закалке в соответствии с изобретением необходимо увеличивать скорость относительного перемещения, чтобы избежать подплавления поверхности. Ширина зоны закалки также увеличивается с 15 до 17 мм.In both cases, the surface was heated to a temperature of T ≈ 0.9 T pl . When hardening in accordance with the invention, it is necessary to increase the relative displacement rate in order to avoid surface melting. The width of the hardening zone also increases from 15 to 17 mm.
Обоснование заявляемых пределов изменения угла встречи плазменной струи с обрабатываемой поверхностью приведены в табл. 1. The justification of the claimed limits of the change in the angle of the plasma jet with the treated surface are given in table. one.
Установка угла менее 30o приводит к снижению скорости и глубины закалки из-за уменьшения коэффициента теплоотдачи от высокотемпературной струи к нагреваемой поверхности и снижении доли полезной мощности, расходуемой на нагрев.Setting the angle to less than 30 o leads to a decrease in the speed and depth of hardening due to a decrease in the heat transfer coefficient from the high-temperature jet to the heated surface and a decrease in the fraction of useful power spent on heating.
Установка угла более 60o приводит также к снижению скорости и глубины закалки, приближая ее к традиционным способам. Также снижается трещиностойкость упрочненных изделий из-за исчезновения зоны разупрочнения между закаленным слоем и сердцевиной (кривая 2 приближается к кривой 1).Setting the angle of more than 60 o also leads to a decrease in the speed and depth of hardening, bringing it closer to traditional methods. The crack resistance of the hardened products also decreases due to the disappearance of the softening zone between the hardened layer and the core (
Обоснование заявляемых пределов времени нарастания плотности теплового потока приведено в табл. 2. The rationale for the claimed limits of the time of increase in the density of the heat flux is given in table. 2.
Снижение времени плавного нарастания плотности теплового потока менее 0,3 tср приводит к снижению глубины закалки, повышению микротвердости, исчезновению зоны разупрочнения, снижению трещиностойкости.Reducing the time of a smooth increase in the heat flux density of less than 0.3 t sr leads to a decrease in the hardening depth, an increase in microhardness, the disappearance of the softening zone, and a decrease in crack resistance.
Увеличение времени плавного нарастания плотности теплового потока более 2 tср приводит к снижению микротвердости, уменьшению скорости закалки, укрупнению структуры, ухудшению механических свойств.An increase in the time of a smooth increase in the heat flux density over 2 t sr leads to a decrease in microhardness, a decrease in the hardening rate, an enlargement of the structure, and a deterioration in mechanical properties.
Для стали 60 коэффициент температуропроводности aТ = 20 o = 0,13 см2/с, aT= 1400oC = 0,05 см2/с.For
При радиусе пятна нагрева r = 8 мм t1 = r2 = 4,9 с; t2 = 12,8 с; tср = 8,85 с.When the radius of the heating spot r = 8 mm t 1 = r 2 = 4.9 s; t 2 = 12.8 s; t avg = 8.85 s.
Обоснование относительных размеров коробчатого модуля приведены в табл. 3. Justification of the relative dimensions of the box module are given in table. 3.
Снижение длины модуля менее 7dс приводит к ослаблению пролонгированного нарастания плотности теплового потока в рабочем диапазоне скоростей закалки, снижается глубина закалки и трещиностойкость поверхностно упрочненных изделий.Reducing the length of the module with less 7d weakens sustained increase the heat flow density in the operating range of quenching speeds, reduced quenching crack depth and superficially reinforced products.
Увеличение длины модуля более 15dс становится нецелесообразным из-за потери энергии высокотемпературной струи.An increase in the module length of more than 15d s becomes impractical due to the energy loss of the high-temperature jet.
При снижении ширины большей грани менее 2dс усложняется проблема ее защиты от прожига отраженными от закаливаемой поверхности потоками раскаленного газа, резко падает надежность системы, дальнейшее сжатие модуля не оказывает влияние на параметры процесса и свойства упрочненного слоя.When the width of the larger face is reduced to less than 2d s, the problem of its protection from burning is complicated by streams of hot gas reflected from the hardened surface, the system reliability drops sharply, further compression of the module does not affect the process parameters and properties of the hardened layer.
Увеличение большей грани выше 4dс становится нецелесообразным из-за бесполезного рассеивания концентрированного потока энергии, скорость и глубина закалки падают, механические свойства ухудшаются. ТТ2аAn increase in the larger face above 4d s becomes impractical due to the useless dissipation of the concentrated energy flow, the speed and hardening depth decrease, and the mechanical properties deteriorate. TT2a
Claims (3)
r - радиус пятна нагрева, a - температуропроводность материала соответственно при T = 20oС и температуре 0,95 Тп л.2. The method according to claim 1, characterized in that the rise time of the heat flux density is chosen in the range of (0.3 - 2) t s p , where t s p = (t 1 + t 2 ) / 2 is the average heat saturation time of the material ; t 1 = r 2 / a T = 20 o С,
r is the radius of the heating spot, a is the thermal diffusivity of the material, respectively, at T = 20 o C and a temperature of 0.95 T p L.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111732A RU2107739C1 (en) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | Method of surface hardening and device for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96111732A RU2107739C1 (en) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | Method of surface hardening and device for its embodiment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2107739C1 true RU2107739C1 (en) | 1998-03-27 |
| RU96111732A RU96111732A (en) | 1998-06-20 |
Family
ID=20181812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96111732A RU2107739C1 (en) | 1996-06-11 | 1996-06-11 | Method of surface hardening and device for its embodiment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2107739C1 (en) |
-
1996
- 1996-06-11 RU RU96111732A patent/RU2107739C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. С.Н.Полевой, В.Д.Евдокимов. Упрочнение металлов. М.: Машиностроение, 1986, с.231-237. 2. А.К.Лещинский, С.С.Самогутин, И.И.Пирч, В.И.Комар, Киев: Наукова Думка, 1990, с.4-16. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| USRE29815E (en) | Cladding | |
| CN100417746C (en) | Distribution type laser spot alloying method | |
| CN105108444B (en) | The reparation of high-temperature service shearing equipment cutter and intensifying method | |
| KR20000036060A (en) | Method for beam welding of hardenable steels by means of short-time heat treatment | |
| Szataniak et al. | HSLA steels-comparison of cutting techniques | |
| AU7612096A (en) | Stainless steel surface claddings of continuous caster rolls | |
| Jegadheesan et al. | State of art: Review on laser surface hardening of alloy metals | |
| RU2107739C1 (en) | Method of surface hardening and device for its embodiment | |
| Rathod et al. | Laser surface hardening of ductile irons | |
| BARÉNYI | Microstructure changes in cut face obtained by plasma and laser cutting of selected high strength steels | |
| Folkes | Surface modification and coating with lasers | |
| DesForges | Laser heat treatment | |
| Sharaya et al. | Experimental studies of operability of hardened cutting edges of parts | |
| JP2008138223A (en) | Method for improving durability of die alloy tool steel | |
| KR100596187B1 (en) | Wheel heat treatment method of railway vehicle by a laser | |
| Marinin et al. | The capability of pulsed laser radiation for cutting band saws hardening | |
| Ryazantsev et al. | Surface hardening technology with a concentrated energy source | |
| Miralles | Laser hardning of cutting tools | |
| Kupo et al. | Laser-pulse thermal strengthening of injection molds and dies in the production of semiconductor device packages | |
| UA74973C2 (en) | A method of superficial tempering locomotive and carriage wheels flanges and a mechanism for realizing the same | |
| SU1740443A1 (en) | Process for heat treatment of mill rolls | |
| Grum | Laser surface hardening | |
| RU2644638C2 (en) | Method of heat treatment of steel rails | |
| KR20040057337A (en) | Method of Surface Hardening Heat Treatment for Roller | |
| Krasheninnikov et al. | Investigation of the Laser-Powder Cladding Effect on Steel Surface Hardening |