RU2164247C1

RU2164247C1 - Method of inert gas hardening

Info

Publication number: RU2164247C1
Application number: RU99116805/02A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Карпов
Original assignee: Комбинат "Электрохимприбор"
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2001-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; heat treatment of parts made from structural, tool and alloyed steels. SUBSTANCE: method employs mixture of the following composition, %: helium, 20; and argon, the balance. Method is used for scale-free hardening of parts. EFFECT: extended technological capabilities; enhanced ecological safety; increase of cooling capacity by two times due to addition of 20% of helium to argon. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при термообработке, преимущественно закалке, деталей из конструктивных и инструментальных легированных сталей с критической скоростью закалки не более 30 град/с. The invention relates to the field of engineering and can be used in heat treatment, mainly hardening, of parts from structural and tool alloy steels with a critical hardening rate of not more than 30 deg / s.

Светлая или чистая закалка широко применяется в практике машиностроения. При этом в качестве атмосферы при нагреве часто применяют инертные газы аргон, реже - гелий. Более универсальным является применение этих газов одновременно и как атмосферы при нагревании, и как закалочные среды. По такой технологии в аргоне могут закаливаться довольно массивные штампы, детали пресс-форм из высоколегированных сталей, например, Х12М, 30Х13 (Л.П. Карпов. Применение инертных газов для светлой закалки легированных сталей // МиТОМ, 1968, N 8, с. 2-3) или некрупные детали из среднелегированных сталей ХВГ, Х6БФ - в гелии (МиТОМ, 1968, N 8). Сдерживающим фактором широкого применения такой закалки является низкая теплопроводность аргона (0,745 относительно воздуха), а значит и низкая скорость закалки, или высокая стоимость гелия при его большой теплопроводности (6,217 по воздуху). Light or pure hardening is widely used in engineering practice. At the same time, inert gases of argon are often used as the atmosphere during heating, less often helium. More universal is the use of these gases at the same time both as an atmosphere during heating and as quenching media. According to this technology, rather massive dies can be quenched in argon, parts of molds made of high alloy steels, for example, X12M, 30X13 (L.P. Karpov. The use of inert gases for light hardening of alloy steels // MiTOM, 1968, N 8, p. 2-3) or medium-sized parts of medium alloyed steels CVG, Kh6BF - in helium (MiTOM, 1968, No. 8). A limiting factor in the widespread use of such quenching is the low thermal conductivity of argon (0.745 relative to air), and hence the low quenching rate, or the high cost of helium with its high thermal conductivity (6.217 by air).

Известен способ термообработки в вакууме, включающий нагрев детали до температуры аустенизации и охлаждение со скоростью выше критической в газовой среде гелия, аргона и водорода (РЖ Металлургия, N 8, 1967, реферат 8И643), который принят за прототип. A known method of heat treatment in vacuum, including heating the part to austenitizing temperature and cooling at a speed higher than critical in a gas medium, helium, argon and hydrogen (RZ Metallurgy, N 8, 1967, abstract 8I643), which is adopted as a prototype.

Задача изобретения: расширить возможность применения инертных газов аргона и гелия для светлой закалки стальных деталей. The objective of the invention: to expand the possibility of using inert gases of argon and helium for light hardening of steel parts.

Поставленная задача достигается применением смеси инертных газов аргона и гелия состава 20% гелия, остальное аргон. The task is achieved by using a mixture of inert gases of argon and helium with a composition of 20% helium, the rest is argon.

Общие признаки с прототипом - применяются газы аргон и гелий. Отличительные признаки - вместо отдельных газов применяют смесь газов аргона и гелия в соотношении 20% гелия и 80% аргона. Common features with the prototype - argon and helium gases are used. Distinctive features - instead of individual gases, a mixture of argon and helium gases is used in a ratio of 20% helium and 80% argon.

Для реализации способа выполняют операции:
1. Подготавливают два баллона сжатого газа, один с аргоном (ГОСТ 10157-79), другой - с гелием (ТУ51-689-75) необходимого сорта по содержанию примесей кислорода и влаги.To implement the method perform the following operations:
1. Prepare two cylinders of compressed gas, one with argon (GOST 10157-79), the other with helium (TU51-689-75) of the required grade for the content of oxygen and moisture impurities.

2. Подготавливают систему подачи газов в герметичный муфель печи через ротаметры. 2. Prepare a system for supplying gases to a sealed furnace muffle through rotameters.

3. Нагревают детали с защитой от окисления для их аустенизации перед закалкой. 3. Heat parts with protection against oxidation to austenize before quenching.

4. Охлаждают детали в смеси аргона и гелия, контролируя расход газов по соответствующим ротаметрам и регулируя его подачу редукторами, установленными на баллонах. 4. Cool the parts in a mixture of argon and helium, controlling the flow of gases according to the corresponding rotameters and adjusting its flow with gears mounted on cylinders.

Изобретение поясняется двумя графиками: фиг. 1. Закаливающая способность смеси инертных газов аргона и гелия; фиг. 2. Остаточная деформация (осадка по высоте) в зависимости от времени заневоливания тарельчатых пружин, закаленных в различных средах: 1 - в воде; 2 - масле; 3 в гелии (газ). The invention is illustrated in two graphs: FIG. 1. The hardening ability of a mixture of inert gases of argon and helium; FIG. 2. Residual deformation (sediment in height) depending on the time of disinfection of Belleville springs hardened in various environments: 1 - in water; 2 - oil; 3 in helium (gas).

Способ проверен при исследовании закаливающей способности смеси газов аргона и гелия - фиг. 1. Для этого применяли два метода: теплотехнический и металлургический. В первом случае определяли время (τ) охлаждения серебряного образца диаметром 7,3 мм и высотой 7,5 мм, продуваемого газами после нагрева на 860^oC в специальном устройстве и охлаждаемого до 480^oC. Время определяли по секундомеру с точностью 0,1 с, наблюдая "зайчик" осциллографа Н10, к которому подключалась термопара, горячий спай которой зачекаливался в центре образца. Во втором случае измеряли твердость тарельчатых пружин из стали 60С2А толщиной 1,1 мм и наружным диаметром 18 мм, закаленных в потоке газа после аустенизации при 860^oC. Результаты (фиг. 1) показывают, что для существенного повышения охлаждающей способности смеси газов достаточно добавлять 20% гелия к аргону. При этом время охлаждения серебряного образца сокращается в 2 раза.The method was tested in the study of the hardening ability of a mixture of argon and helium gases - FIG. 1. Two methods were used for this: heat engineering and metallurgical. In the first case, the cooling time (τ) was determined for a silver sample with a diameter of 7.3 mm and a height of 7.5 mm, blown with gases after heating at 860 ^o C in a special device and cooled to 480 ^o C. The time was determined using a stopwatch with an accuracy of 0.1 c, observing the “bunny” of the H10 oscilloscope, to which a thermocouple was connected, the hot junction of which was choked in the center of the sample. In the second case, the hardness of the Belleville springs of steel 60C2A was measured with a thickness of 1.1 mm and an outer diameter of 18 mm, quenched in a gas stream after austenization at 860 ^° C. The results (Fig. 1) show that to significantly increase the cooling ability of the gas mixture it is enough to add 20% helium to argon. In this case, the cooling time of the silver sample is reduced by 2 times.

На тарельчатых пружинах, закаленных сжатыми газами, выявлены важные их свойства по сравнению с закаленными в масле: меньшая осадка при заневоливании (фиг. 2), повышенная стабильность по сохранению высоты и усилия при последействии, повышенная живучесть (число циклов обжатия до разрушения после закалки в масле 27600, в гелии - 29800). Это определяется меньшей напряженностью структуры таких пружин, что можно объяснить меньшим превышением скорости охлаждения при закалке в газах над критической скоростью закалки, равной для стали 60С2А 30 град/с (в 76 раз при закалке в масле и в 30 раз - газом). Относительная величина разброса знаний усилия пружин при их сжатии: после закалки в масле - 1,5, гелии - 1,0. On Belleville springs hardened by compressed gases, their important properties were revealed as compared to those hardened in oil: less sediment when tinning (Fig. 2), increased stability in maintaining height and force during aftereffect, increased survivability (number of compression cycles before breaking after quenching in oil 27600, in helium - 29800). This is determined by the lower structural strength of such springs, which can be explained by a lower excess of the cooling rate during quenching in gases over the critical quenching rate equal to 30 deg / s for steel 60С2А (76 times for quenching in oil and 30 times for gas). The relative magnitude of the scatter of knowledge of the force of the springs during their compression: after quenching in oil - 1.5, helium - 1.0.

Технический результат реализации предлагаемого способа заключается в расширении возможностей закалки в инертных газах аргоне и гелии как технически, а также и экономически. Повышение охлаждающей способности газовой смеси добавкой гелия к аргону позволяет закаливать широкую номенклатуру деталей инструментальной оснастки и деталей конструкций. Ускоренное охлаждение смесью аргона и гелия можно применять при закалке в муфельных электропечах, вакуумных, специальных устройствах лабораторных и промышленных. Сохранение чистой поверхности закаленных деталей, малые поводки и деформации, экологически чистый процесс - это достоинства закалки газовой смесью аргон - гелий. При закалке деталей пресс-форм и штампов таким способом возможна реализация малодеформационной закалки путем применения приемов контрольной закалки и закалки с теплобуфером. The technical result of the implementation of the proposed method is to expand the possibilities of quenching in inert gases of argon and helium both technically and economically. Increasing the cooling ability of the gas mixture by adding helium to argon allows you to harden a wide range of tooling parts and structural parts. Accelerated cooling with a mixture of argon and helium can be used for hardening in muffle electric furnaces, vacuum, special laboratory and industrial devices. Preservation of the clean surface of hardened parts, small leashes and deformations, an environmentally friendly process are the advantages of quenching with a gas mixture of argon - helium. When hardening parts of molds and dies in this way, it is possible to realize low-strain hardening by applying methods of control hardening and hardening with a heat buffer.

Claims

A method of quenching in inert gases, including austenization of steel parts, cooling at a speed higher than critical in a gas medium consisting of argon and helium, characterized in that the cooling is carried out in a gas medium containing,%:
Helium - 20
Argon - Else