RU2766621C1

RU2766621C1 - Method for heat treatment of steel balls and device for hardening of steel balls

Info

Publication number: RU2766621C1
Application number: RU2021116683A
Authority: RU
Inventors: Илья Сергеевич Хлыст; Владимир Михайлович Кузьмиченко; Евгений Валериевич Громышев; Сергей Васильевич Хлыст; Андрей Николаевич Шестаков; Алексей Геннадьевич Иванов; Михаил Николаевич Кириченко; Павел Александрович Пшеничников
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-03-15

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: group of inventions relates to production of steel grinding balls. Method of heat treatment of steel balls includes cooling of balls from temperature of hot forming to temperature below point of phase transformations Ar1, then balls heating to quenching temperature, quenching cooling in water from quenching temperature to temperature below point of beginning of martensitic transformation Mn in rotating quenching drum, the working surface of which is formed by supply pipes, with the balls washing with water. During quenching cooling, balls are provided with helical movement in feed pipes along helical guides made in the form of helical surfaces. Then balls are tempered. Also disclosed is a device for hardening steel balls.EFFECT: technical result consists in obtaining balls of stable high quality, with high plastic properties and high wear resistance.17 cl, 2 tbl, 6 dwg

Description

Группа изобретений относится к металлургии и касается производства стальных мелющих шаров. Шары стальные мелющие предназначены для использования в шаровых мельницах барабанного типа в угольной, горнорудной, цементной и других отраслях промышленности. При этом шары выполняют функцию мелющих тел. Качество производимых шаров напрямую зависит от способа их термообработки. SUBSTANCE: group of inventions relates to metallurgy and concerns the production of steel grinding balls. Steel grinding balls are designed for use in drum-type ball mills in coal, mining, cement and other industries. In this case, the balls perform the function of grinding bodies. The quality of the produced balls directly depends on the method of their heat treatment.

Из патента CN201144261, опубликованного 05.11.2008, известно устройство термообработки стальных шаров, содержащее наклонный конвейер для охлаждения и выравнивания температуры шаров, закалочную установку и устройство отпуска. Шары после прокатного нагрева поступают на нижнюю часть наклонного конвейера, погруженную в резервуар с водой, затем, находясь на воздухе, поднимаются вверх по конвейеру. Т.е. охлаждающей средой является сначала вода, а затем окружающий атмосферный воздух. Далее шары по лотку скатываются в желоб закалочной установки, представляющей собой шнековый транспортер с охлаждением шаров проточной водой. По окончании закалки шары помещают в контейнер-накопитель для проведения самоотпуска.From the patent CN201144261, published 05.11.2008, a device for heat treatment of steel balls is known, containing an inclined conveyor for cooling and equalizing the temperature of the balls, a hardening installation and a tempering device. The balls after rolling heating enter the lower part of the inclined conveyor, immersed in a tank with water, then, being in air, rise up the conveyor. Those. The cooling medium is first water and then ambient atmospheric air. Then the balls roll down the tray into the chute of the hardening plant, which is a screw conveyor with cooling of the balls by running water. Upon completion of hardening, the balls are placed in a storage container for self-tempering.

Недостаток данного устройства заключается в том, что на наклонном конвейере нагретые до высокой температуры шары погружают в резервуар с водой, что не исключает трещинообразования, а также приводит к образованию вокруг них паровоздушных пузырей, и следовательно, к неравномерной твердости их поверхности. The disadvantage of this device is that on an inclined conveyor, the balls heated to a high temperature are immersed in a tank of water, which does not exclude cracking, and also leads to the formation of steam-air bubbles around them, and consequently, to uneven hardness of their surface.

Недостатком закалочной установки является повышенный износ шнека и желоба, а также частичное повреждение шаров от их постоянного перемешивания, что приводит к остановам производственного процесса закалки и дополнительным трудозатратам. The disadvantage of the hardening plant is the increased wear of the screw and chute, as well as partial damage to the balls from their constant mixing, which leads to shutdowns in the hardening process and additional labor costs.

Следующий недостаток – это охлаждение шаров при закалке до температуры, обеспечивающей самоотпуск, которая выше температуры начала мартенситного превращения. Это приводит к образованию малого количества мартенсита в микроструктре, что не позволяет получать шары особо высокой группы твердости (классификация шаров по группам твердости приведена в ГОСТ 7524-89 и ГОСТ 7524-2015).The next drawback is the cooling of the balls during quenching to a temperature that ensures self-tempering, which is higher than the temperature of the onset of martensitic transformation. This leads to the formation of a small amount of martensite in the microstructure, which does not allow obtaining balls of a particularly high hardness group (the classification of balls by hardness groups is given in GOST 7524-89 and GOST 7524-2015).

Известен патент RU2455369 (опубл. 10.07.2012) «Устройство и способ термической обработки шаров». Способ термической обработки шаров после штамповочного или прокатного нагрева согласно патенту включает выравнивание температуры по сечению каждого шара естественным путем на воздухе до температуры выше температуры закалки, затем подстуживание шаров до температуры закалки путем орошения их водой. Далее проводят закалку шаров в воде закалочной ванны до температуры 300°С, во время прохождения закалочным барабаном половины оборота. После закалки проводят самоотпуск шаров.Known patent RU2455369 (publ. 07/10/2012) "Device and method for heat treatment of balls". The method for heat treatment of balls after stamping or rolling heating according to the patent includes equalizing the temperature over the cross section of each ball naturally in air to a temperature above the hardening temperature, then cooling the balls to the hardening temperature by spraying them with water. Next, the balls are quenched in the water of the quenching bath to a temperature of 300°C, while the quenching drum passes half a turn. After quenching, self-tempering of the balls is carried out.

Устройство для осуществления указанного способа содержит конвейер-подъемник для выравнивания температуры шаров при транспортировании, наклонные лотки, оснащенные спреерами для орошения шаров водой, закалочный вращающийся барабан, нижней частью погруженный в воду закалочной ванны, с подводящим и отводящим загрузочными лотками. Шары размещены в секторах закалочного барабана, и закалочная ванна снабжена насосами для подачи и откачки воды. Устройство самоотпуска изготовлено в виде тары, накрытой термоизоляционным кожухом.The device for implementing this method contains a conveyor-elevator for equalizing the temperature of the balls during transportation, inclined trays equipped with sprayers for spraying the balls with water, a quenching rotating drum immersed in the bottom of the quenching bath water, with inlet and outlet loading trays. The balls are placed in the sectors of the hardening drum, and the hardening bath is equipped with pumps for supplying and pumping water. The self-release device is made in the form of a container covered with a heat-insulating casing.

Недостатки устройства и способа по указанному патентуDisadvantages of the device and method according to the said patent

– Кратковременность процесса выравнивания температуры на конвейере-подъемнике, составляющая, например, 15 секунд для шаров диаметром 120 мм, приводит к недостаточному выравниванию температуры как по сечению шара, так и между шарами.- The short duration of the temperature equalization process on the conveyor-lifter, which is, for example, 15 seconds for balls with a diameter of 120 mm, leads to insufficient temperature equalization both over the cross section of the ball and between the balls.

– Спреерное орошение водой, производимое непосредственно перед закалкой, приводит к нежелательному увеличению градиента температуры по сечению шаров, следствием чего является неоднородность микроструктуры и твердости шаров.– Spraying with water, which is carried out immediately before hardening, leads to an undesirable increase in the temperature gradient over the cross section of the balls, resulting in a heterogeneity of the microstructure and hardness of the balls.

– Время пребывания шаров в закалочной среде ограничено, и равно времени полуоборота барабана, т.к. шары находятся ниже оси вращения барабана, чтобы не выпасть из его секторов.– The residence time of the balls in the quenching medium is limited, and is equal to the half-turn time of the drum, because the balls are below the axis of rotation of the drum, so as not to fall out of its sectors.

– Время пребывания шаров в закалочной среде регулируется только частотой вращения барабана. И так как возможности такой регулировки ограничены, то для значительной части сортамента невозможно обеспечить необходимые требования технологии закалки. Объясняется это тем, что увеличение времени пребывания шаров в закалочной среде путем снижения частоты вращения барабана приводит к недостаточной скорости движения шаров относительно воды и, как следствие, к образованию паровоздушных пузырей на их поверхности, что снижает качество продукции. – The residence time of the balls in the hardening medium is regulated only by the speed of the drum. And since the possibilities of such adjustment are limited, it is impossible to meet the necessary requirements of the hardening technology for a significant part of the assortment. This is explained by the fact that an increase in the residence time of the balls in the quenching medium by reducing the drum rotation speed leads to an insufficient speed of the balls relative to the water and, as a result, to the formation of steam-air bubbles on their surface, which reduces the product quality.

– Шары в секторах закалочного барабана поднимаются/опускаются вместе с барабаном по его окружности, без перемещения относительно барабана, что ухудшает теплоотвод в местах контакта шаров с барабаном из-за отсутствия движения воды возле контактных мест, и следовательно, приводит к пятнистой твердости шаров.- The balls in the sectors of the hardening drum rise / fall along with the drum along its circumference, without moving relative to the drum, which worsens the heat removal at the points of contact of the balls with the drum due to the lack of water movement near the contact points, and therefore, leads to patchy hardness of the balls.

– Поскольку шары в закалочной установке охлаждаются до температуры, обеспечивающей самоотпуск (выше температуры начала мартенситного превращения), это приводит к образованию малого количества мартенсита в микроструктуре, что не позволяет получать шары особо высокой твердости.– Since the balls in the hardening unit are cooled to a temperature that ensures self-tempering (above the temperature of the onset of martensite transformation), this leads to the formation of a small amount of martensite in the microstructure, which does not allow obtaining balls of especially high hardness.

Известен патент RU 2634541 (опубл. 31.10.2017) «Способ и устройство термической обработки шаров», выбранный за ближайший аналог по объектам «Способ» и «Устройство». Способ включает подстуживание шаров с температуры штамповки или прокатки до температуры закалки на воздухе, охлаждение в воде с температуры закалки до температуры ниже точки начала мартенситного превращения Мн во вращающемся закалочном барабане, в котором шары размещены в ячейках закалочного барабана, затем отпуск шаров и окончательное охлаждение. Known patent RU 2634541 (publ. 10/31/2017) "Method and device for heat treatment of balls", selected as the closest analogue for the objects "Method" and "Device". The method includes cooling the balls from the forging or rolling temperature to the quenching temperature in air, cooling in water from the quenching temperature to a temperature below the start point of the martensitic transformation Mn in a rotating quenching drum, in which the balls are placed in the cells of the quenching drum, then tempering the balls and final cooling.

Устройство для закалки шаров содержит закалочный барабан, рабочая поверхность которого образована подающими трубами, состоящими из ячеек, с возможностью перемещения шаров из одной ячейки в другую через окна в неподвижно установленных поперек барабана опорных перегородках. Закалочный барабан установлен наклонно и погружен в закалочную ванну с возможностью вращения в закалочной ванне. Устройство снабжено струйными омывателями, подающими струи воды на шары, и/или насосом, создающим осевой поток воды в закалочной ванне. Ячейки имеют отверстия для доступа омывающей воды к шарам.The device for hardening the balls contains a hardening drum, the working surface of which is formed by supply pipes, consisting of cells, with the possibility of moving the balls from one cell to another through the windows in the supporting partitions fixedly installed across the drum. The quenching drum is mounted obliquely and is immersed in the quenching bath with the possibility of rotation in the quenching bath. The device is equipped with jet washers that supply jets of water to the balls and/or a pump that creates an axial flow of water in the quench bath. The cells have openings for the access of washing water to the balls.

Шары после прокатного или штамповочного нагрева имеют крупнозернистую микроструктуру. Подстуживание шаров до температуры закалки, которая выше температуры начала фазового превращения, позволяет ограничить рост зерна, но не обеспечивает его измельчение, что отрицательно сказывается на структуре шаров после закалки и не гарантирует высокие износостойкость и ударную стойкость готовых шаров.Balls after rolling or stamping heating have a coarse-grained microstructure. Cooling the balls to a hardening temperature, which is higher than the temperature of the beginning of the phase transformation, makes it possible to limit grain growth, but does not ensure its grinding, which negatively affects the structure of the balls after hardening and does not guarantee high wear resistance and impact resistance of the finished balls.

В закалочном барабане равномерное распределение шаров по его рабочей поверхности обеспечивают разделением подающих труб на отдельные ячейки. Для этого поперек барабана установлены опорные перегородки. И каждая из перегородок изготовлена с окном, через которое шары перекатываются по окончании каждого оборота барабана из одной подающей трубы в соседнюю с ней подающую трубу и т.д. до окончания барабана. Однако при перемещении шаров возможны заклинивания и остановки барабана, если шар не успевает перейти из ячейки в следующую ячейку. Это может привести к неоднородному воздействию закалочной среды на шар, образованию пятен с пониженной твердостью на поверхности шаров из-за паровоздушных пузырей (особенно в начале охлаждения) и, следовательно, не гарантирует получение шаров заданной, в том числе особо высокой твердости. In the hardening drum, the uniform distribution of balls over its working surface is ensured by dividing the feed pipes into separate cells. For this, support partitions are installed across the drum. And each of the partitions is made with a window through which the balls roll at the end of each revolution of the drum from one supply pipe to the adjacent supply pipe, etc. until the end of the drum. However, when moving the balls, jamming and stopping the drum are possible if the ball does not have time to move from cell to next cell. This can lead to a non-uniform effect of the quenching medium on the ball, the formation of spots with reduced hardness on the surface of the balls due to vapor bubbles (especially at the beginning of cooling) and, therefore, does not guarantee the production of balls of a given, including especially high, hardness.

Таким образом, остается актуальной проблема гарантированного получения шаров стабильно высокого качества. Thus, the problem of guaranteed production of consistently high quality balls remains relevant.

Техническим результатом предлагаемой группы изобретений является создание способа и устройства, позволяющих: The technical result of the proposed group of inventions is the creation of a method and device that allows:

– обеспечить измельчение аустенитного зерна микроструктуры металла шаров перед закалочным охлаждением;– to ensure the grinding of the austenite grain of the microstructure of the metal of the balls before quenching cooling;

– обеспечить однородность микроструктуры и твердости металла шаров; – to ensure the uniformity of the microstructure and hardness of the metal of the balls;

– предотвратить образование паровоздушных пузырей на поверхности шаров;– to prevent the formation of steam-air bubbles on the surface of the balls;

– охлаждать шары с однородным воздействием закалочной среды на каждый шар; - cool the balls with a uniform effect of the quenching medium on each ball;

– обеспечить непрерывность движения шаров в подающих трубах;- to ensure the continuity of the movement of the balls in the supply pipes;

– равномерно распределить шары по рабочей поверхности закалочного барабана.– evenly distribute the balls over the working surface of the hardening drum.

Технический результат для объекта «способ» достигается тем, что при осуществлении способа термической обработки стальных шаров, включающего подстуживание шаров с температуры горячего формования, закалочное охлаждение в воде с температуры закалки до температуры ниже точки начала мартенситного превращения Мн во вращающемся закалочном барабане, рабочая поверхность которого образована подающими трубами, с омыванием шаров водой, и затем отпуск шаров, подстуживание шаров производят до температуры ниже точки фазовых превращений Аr1, затем производят подогрев шаров до температуры закалки; при закалочном охлаждении обеспечивают винтовое движение шаров в подающих трубах вдоль винтовых направляющих, изготовленных в виде винтовых поверхностей. The technical result for the object "method" is achieved by the fact that during the implementation of the method of heat treatment of steel balls, including cooling the balls from the temperature of hot forming, quenching in water from the quenching temperature to a temperature below the start point of the martensitic transformation Mn in a rotating quenching drum, the working surface of which formed by supply pipes, with washing of the balls with water, and then the release of the balls, the cooling of the balls is carried out to a temperature below the point of phase transformations Ar1, then the balls are heated to the hardening temperature; during hardening cooling, the helical movement of the balls in the supply pipes along the helical guides made in the form of helical surfaces is provided.

Кроме того, подстуживание шаров производят до температуры (650 ÷ 500)°С на их поверхности. In addition, the cooling of the balls is carried out to a temperature of (650 ÷ 500)°C on their surface.

Кроме того, подстуживание шаров могут производить на воздухе при обособленном размещении шаров на конвейере.In addition, the cooling of the balls can be carried out in air with separate placement of the balls on the conveyor.

Кроме того, подстуживание шаров могут производить водяным спреерным орошением при обособленном размещении шаров во вращающемся барабане. In addition, the cooling of the balls can be carried out by water spray irrigation with separate placement of the balls in a rotating drum.

Кроме того, подогрев до температуры закалки производят при размещении шаров в газовой, или электрической, или индукционной печи, нагретой до температуры закалки, при этом длительность подогрева шаров большего диаметра выше, по сравнению с длительностью подогрева шаров меньшего диаметра.In addition, heating to the hardening temperature is carried out when the balls are placed in a gas, or electric, or induction furnace heated to the hardening temperature, while the heating time for larger diameter balls is longer compared to the heating time for smaller diameter balls.

Кроме того, перемещение шаров внутри каждой подающей трубы производят обособленно, на расстоянии не менее одного витка направляющей друг от друга. In addition, the movement of the balls inside each supply pipe is carried out separately, at a distance of at least one turn of the guide from each other.

Кроме того, шары в закалочном барабане подвергают равномерному и интенсивному охлаждению водой, поступающей и отводимой через отверстия в подающих трубах.In addition, the balls in the hardening drum are subjected to uniform and intensive cooling by water entering and leaving through the holes in the supply pipes.

Кроме того, отпуск шаров осуществляют при температуре от 150°С до 480°С.In addition, the release of the balls is carried out at a temperature of from 150°C to 480°C.

Кроме того, после отпуска могут произвести окончательное охлаждение шаров до температуры не выше 60°С.In addition, after tempering, the balls can be finally cooled down to a temperature not exceeding 60°C.

Заявленный способ термической обработки стальных шаров включает следующие этапы.The claimed method of heat treatment of steel balls includes the following steps.

1. Подстуживание шаров с температуры горячего формования до температуры ниже точки фазовых превращений Аr1, где Аr1 – критическая точка при охлаждении стали, в которой аустенит превращается в перлит и заканчивается перекристаллизация стали. Горячее формование шаров производят методом прокатки, или штамповки, или ковки. Оптимальной температурой окончания подстуживания шаров является температура на их поверхности от 650°С до 500°С. Большее снижение температуры приведет к дополнительным затратам времени и энергии при последующем нагреве под закалку. По окончании подстуживания заканчивается перекристаллизация, и аустенит переходит в перлит во всем объеме шара, включая его центральную часть. 1. Cooling the balls from the temperature of hot forming to a temperature below the point of phase transformations Ar1, where Ar1 is the critical point during steel cooling, at which austenite turns into pearlite and recrystallization of steel ends. Hot forming balls produced by rolling, or stamping, or forging. The optimal temperature for the end of the cooling of the balls is the temperature on their surface from 650°C to 500°C. A greater decrease in temperature will lead to additional time and energy costs during subsequent heating for hardening. At the end of cooling, recrystallization ends, and austenite transforms into pearlite in the entire volume of the ball, including its central part.

2. Подогрев шаров до температуры закалки, которая составляет от 800°С до 850°С. Так как температура закалки выше точки фазовых превращений Ас3, то указанный подогрев обеспечивает повторную перекристаллизацию стали шаров, что приводит к образованию микроструктуры мелкозернистого аустенита.2. Heating the balls to the hardening temperature, which is from 800°C to 850°C. Since the quenching temperature is higher than the point of phase transformations Ac3, the specified heating provides repeated recrystallization of the steel of the balls, which leads to the formation of a microstructure of fine-grained austenite.

3. Закалка шаров под воздействием закалочной среды в закалочном барабане, которую производят до температуры ниже точки начала мартенситного превращения Мн. При закалке фазовые превращения происходят в пределах аустенитного зерна, и размер образующихся структур ограничивается полученным при подогреве мелким размером аустенитных зерен, поэтому в результате закалки шары приобретают более высокие пластические свойства и высокую износостойкость. 3. Quenching of balls under the influence of a quenching medium in a quenching drum, which is carried out to a temperature below the start point of martensitic transformation Mn. During quenching, phase transformations occur within the austenite grains, and the size of the structures formed is limited by the fine size of austenite grains obtained during heating, therefore, as a result of quenching, the balls acquire higher plastic properties and high wear resistance.

4. Отпуск шаров в отпускной печи. 4. Tempering of the balls in the tempering furnace.

Для реализации операции закалочного охлаждения в заявленном способе термообработки стальных шаров применяется новая конструкция устройства для закалки стальных шаров, содержащая закалочный барабан, рабочая поверхность которого образована подающими трубами, выполненными с обеспечением доступа к шарам воды, при этом закалочный барабан установлен в закалочной ванне с возможностью вращения в ней, в котором каждая из подающих труб снабжена винтовой направляющей, выполненной с возможностью обеспечения винтового движения шаров в трубе и изготовленной в виде винтовой поверхности.To implement the operation of hardening cooling in the claimed method of heat treatment of steel balls, a new design of a device for hardening steel balls is used, containing a hardening drum, the working surface of which is formed by supply pipes made with access to water balls, while the hardening drum is installed in the hardening bath with the possibility of rotation in it, in which each of the supply pipes is equipped with a helical guide, made with the possibility of ensuring the helical movement of the balls in the pipe and made in the form of a helical surface.

Кроме того, радиальное расстояние (L) от поверхности трубы до наиболее удаленной от нее точки винтовой направляющей выполнено таким образом, чтобы обеспечить направленное перемещение шара по всей винтовой траектории и исключить, например, перескок шара через винтовую направляющую. In addition, the radial distance (L) from the pipe surface to the most distant point of the helical guide is made in such a way as to ensure directional movement of the ball along the entire helical trajectory and exclude, for example, the ball jumping over the helical guide.

Кроме того, длина промежутка (S) между соседними витками винтовой направляющей выполнена таким образом, чтобы обеспечить свободное качение и обособленное размещение шара в промежутке (S) между соседними витками.In addition, the length of the gap (S) between adjacent turns of the helical guide is made in such a way as to ensure free rolling and separate placement of the ball in the gap (S) between adjacent turns.

Кроме того, винтовая направляющая может быть установлена неподвижно относительно подающей трубы или с возможностью амортизации относительно подающей трубы.In addition, the screw guide can be mounted fixedly with respect to the supply pipe or with the possibility of being cushioned with respect to the supply pipe.

Кроме того, подающая труба снабжена отверстием, выполненным по винтовой линии, при этом подающая труба представляет собой цилиндрическую винтовую поверхность. In addition, the supply pipe is provided with a hole made along a helical line, while the supply pipe is a cylindrical helical surface.

При этом винтовая направляющая выполнена с шагом, равным шагу винтовой поверхности трубы и установлена в отверстии между витками винтовой поверхности трубы.In this case, the helical guide is made with a pitch equal to the pitch of the helical surface of the pipe and is installed in the hole between the turns of the helical surface of the pipe.

Кроме того, подающая труба выполнена в виде цилиндрической трубы, снабженной отверстиями, которые могут быть выполнены различной формы, например, округлой, многоугольной, продолговатой и т.д., при этом продолговатые отверстия могут быть выполнены под любым углом к оси трубы, например, вдоль и/или поперек оси трубы.In addition, the supply pipe is made in the form of a cylindrical pipe, provided with holes that can be made in various shapes, for example, round, polygonal, oblong, etc., while the elongated holes can be made at any angle to the pipe axis, for example, along and/or across the axis of the pipe.

Кроме того, устройство снабжено дозатором, выполненным с возможностью подачи шаров в закалочный барабан поочередно, по одному шару. In addition, the device is equipped with a dispenser capable of supplying balls to the hardening drum in turn, one ball at a time.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами: фиг. 1 – упрощенный вид устройства для закалки шаров с подающими трубами в виде цилиндрических винтовых поверхностей; фиг. 2 – подающая труба в виде цилиндрической винтовой поверхности; фиг. 3 – подающая труба на фиг. 2 в продольном разрезе; фиг. 4а, 4б, 4в – цилиндрическая подающая труба с винтовой направляющей прямоугольного поперечного сечения; фиг. 4г и 4д – цилиндрическая подающая труба с винтовой направляющей круглого поперечного сечения; фиг. 5 – устройство отпуска шаров; фиг. 6 – установка окончательного охлаждения. The essence of the invention is illustrated by the following drawings: Fig. 1 - a simplified view of the device for hardening balls with feed pipes in the form of cylindrical helical surfaces; fig. 2 - supply pipe in the form of a cylindrical helical surface; fig. 3 - supply pipe in Fig. 2 in longitudinal section; fig. 4a, 4b, 4c - cylindrical supply pipe with a helical guide of rectangular cross section; fig. 4d and 4d - cylindrical supply pipe with a screw guide of circular cross section; fig. 5 - ball release device; fig. 6 - installation of final cooling.

Устройство для закалки шаров на фиг.1 содержит закалочный барабан 1, рабочая поверхность которого образована подающими трубами 2. Каждая из подающих труб 2 снабжена винтовой направляющей 3, выполненной с возможностью обеспечения винтового движения шаров 4 по внутренней поверхности трубы 2. Винтовая направляющая 3 изготовлена в виде винтовой поверхности и установлена в подающей трубе 2. Винтовая направляющая 3 может быть установлена неподвижно относительно подающей трубы 2, например, при помощи сварного соединения, крепежных деталей и т.п., или установлена с возможностью амортизации относительно подающей трубы 2, например, подпружинена. Подающие трубы 2 выполнены с обеспечением доступа к шарам 4 воды и отвода от шаров воды через отверстия 5, которые могут быть иметь различную форму. Термин «отверстия» в данном контексте означает любые свободные пространства в теле трубы 2, проходимые сквозь тело трубы, например, прорези, пазы, зазоры, щели и т.д., размер которых способствует непрерывному движению шаров в трубе 2. На фиг. 1 показан закалочный барабан 1 с подающими трубами 2, снабженными отверстиями, выполненными по винтовой линии.The device for hardening the balls in Fig.1 contains a hardening drum 1, the working surface of which is formed by the supply pipes 2. Each of the supply pipes 2 is equipped with a screw guide 3, configured to ensure the helical movement of the balls 4 along the inner surface of the pipe 2. The screw guide 3 is made in in the form of a helical surface and installed in the supply pipe 2. The screw guide 3 can be fixed relative to the supply pipe 2, for example, using a welded joint, fasteners, etc., or installed with the possibility of shock absorption relative to the supply pipe 2, for example, spring-loaded . The supply pipes 2 are designed to provide access to the balls 4 of water and drain from the balls of water through the holes 5, which can be of various shapes. The term "holes" in this context means any free spaces in the body of the pipe 2 passing through the body of the pipe, such as slots, grooves, gaps, slots, etc., the size of which allows the continuous movement of the balls in the pipe 2. In FIG. 1 shows a quench drum 1 with feed pipes 2 provided with helical holes.

Закалочный барабан 1 установлен в закалочной ванне 6 с возможностью вращения в ней, и погружен в закалочную среду 7, в качестве которой используют воду. Закалочный барабан 1 может иметь форму цилиндра или усеченного конуса. Предпочтительна цилиндрическая форма закалочного барабана, при которой оси подающих труб 2 параллельны оси барабана 1. При этом закалочный барабан 1 может быть расположен горизонтально или наклонно. На фиг. 1 в качестве примера исполнения показан закалочный барабан 1 цилиндрической формы, расположенный наклонно. Закалочный барабан 1 соединен с наклонным желобом 9, служащим для подачи шаров в указанный барабан 1. Установленный на наклонном желобе дозатор 8 выполнен с возможностью подачи шаров 4 в закалочный барабан 1 поочередно, по одному шару. Закалочная ванна 6 снабжена насосом для подачи и откачки воды. Каждая подающая труба 2 выполнена на ее входе с патрубком 10, и на ее выходе – с патрубком 11 (фиг.2). Указанные осевые патрубки 10 и 11 могут быть жестко соединены по периферии с подающей трубой 2 или изготовлены в виде единой детали с подающей трубой 2. При этом каждый входной патрубок 10 снабжен отбойником 12, снижающим скорость шара. The hardening drum 1 is installed in the hardening bath 6 with the possibility of rotation in it, and is immersed in the hardening medium 7, which is used as water. The hardening drum 1 may be in the form of a cylinder or a truncated cone. The preferred cylindrical shape of the hardening drum, in which the axes of the supply pipes 2 are parallel to the axis of the drum 1. In this case, the hardening drum 1 can be located horizontally or obliquely. In FIG. 1 shows, by way of example, a quenching drum 1 of cylindrical shape, arranged at an angle. The hardening drum 1 is connected to an inclined chute 9, which serves to feed the balls into the specified drum 1. The dispenser 8 mounted on the inclined chute is configured to supply the balls 4 to the hardening drum 1 in turn, one ball at a time. Hardening bath 6 is equipped with a pump for supplying and pumping water. Each supply pipe 2 is made at its inlet with a pipe 10, and at its outlet - with a pipe 11 (figure 2). These axial nozzles 10 and 11 can be rigidly connected along the periphery with the supply pipe 2 or made in the form of a single piece with the supply pipe 2. Each inlet pipe 10 is equipped with a bump 12 that reduces the speed of the ball.

На фиг. 2 и 3 подающая труба 2 снабжена отверстием 5, выполненным по винтовой линии. В этом случае подающая труба 2 представляет собой цилиндрическую винтовую поверхность 13. Винтовая направляющая 3 изготовлена в виде винтовой поверхности, ось которой совпадает с осью трубы 2, и диаметр витка которой меньше диаметра подающей трубы 2. Винтовая поверхность направляющей 3 выполнена по винтовой линии с шагом, равным шагу винтовой поверхности 13 трубы 2 и установлена в отверстии 5 между витками винтовой поверхности 13 трубы 2. Витки винтовой поверхности 13 трубы закреплены со смежными с ними витками винтовой направляющей 3 соединительными элементами 14 (фиг.3). При этом крепление витков винтовой поверхности 13 с витками винтовой направляющей 3 может быть жестким или с возможностью амортизации. Винтовая направляющая 3 может быть выполнена прямоугольного (фиг.3) или круглого поперечных сечений, или поперечного сечения другой формы. In FIG. 2 and 3, the supply pipe 2 is provided with a hole 5 made along a helical line. In this case, the supply pipe 2 is a cylindrical helical surface 13. The helical guide 3 is made in the form of a helical surface, the axis of which coincides with the axis of the pipe 2, and the coil diameter of which is less than the diameter of the supply pipe 2. The helical surface of the guide 3 is made along a helical line with a step , equal to the pitch of the helical surface 13 of the pipe 2 and is installed in the hole 5 between the turns of the helical surface 13 of the pipe 2. The turns of the helical surface 13 of the pipe are fixed with adjacent turns of the helical guide 3 by connecting elements 14 (figure 3). In this case, the fastening of the turns of the helical surface 13 with the turns of the helical guide 3 can be rigid or with the possibility of shock absorption. The screw guide 3 can be made rectangular (figure 3) or round cross-sections, or a cross-section of a different shape.

Винтовая поверхность 13 трубы 2 может быть изготовлена из металлической ленты, путем ее намотки (на цилиндрический шаблон) с одинаковым шагом, и с образованием винтового отверстия в виде зазора между витками винтовой поверхности 13. При этом металлическая лента предварительно может быть снабжена множеством отверстий.The helical surface 13 of the pipe 2 can be made of a metal tape, by winding it (on a cylindrical template) with the same pitch, and with the formation of a helical hole in the form of a gap between the turns of the helical surface 13. In this case, the metal tape can be preliminarily provided with a plurality of holes.

На фиг. 4а параметры винтовой направляющей 3 и подающей трубы 2 (для всех вариантов исполнения) обозначены следующим образом: H, мм - шаг винтовой направляющей 3; S, мм – промежуток (расстояние) между соседними витками направляющей 3; L, мм - радиальное расстояние от поверхности трубы 2 до наиболее удаленной от нее точки направляющей 3; Dтр, мм – внутренний диаметр трубы 2; dн, мм – диаметр витка направляющей 3. Диаметры наименьшего и наибольшего из производимых шаров 4 обозначены d1 и d2 соответственно.In FIG. 4a, the parameters of the screw guide 3 and the supply pipe 2 (for all versions) are indicated as follows: H, mm - pitch of the screw guide 3; S, mm – gap (distance) between adjacent coils of guide 3; L, mm - radial distance from the surface of the pipe 2 to the point of the guide 3 furthest from it; Dtr, mm – inner diameter of pipe 2; dн, mm – diameter of the coil of the guide 3. The diameters of the smallest and largest of the produced balls 4 are designated d1 and d2, respectively.

Длина промежутка (S) между соседними витками винтовой направляющей 3 выполнена таким образом, чтобы обеспечить свободное качение и обособленное размещение шара 4 в промежутке (S) между соседними витками. Например, при производстве шаров диаметром от 60 мм до 140 мм промежуток (S) выбирают из условия обеспечения свободного качения шаров диаметром 140 мм. Обособленное расположение шара 4 в промежутке (S) между соседними витками показано на фиг. 3 и 4). Радиальное расстояние (L) от поверхности трубы до наиболее удаленной от нее точки направляющей 3 определяется таким образом, чтобы обеспечить направленное перемещение шара по всей винтовой траектории и исключить, например, перескок шара через винтовую направляющую 3. The length of the gap (S) between adjacent turns of the helical guide 3 is made in such a way as to ensure free rolling and separate placement of the ball 4 in the gap (S) between adjacent turns. For example, in the production of balls with a diameter of 60 mm to 140 mm, the gap (S) is chosen from the condition of ensuring free rolling of balls with a diameter of 140 mm. The isolated location of the ball 4 in the gap (S) between adjacent turns is shown in FIG. 3 and 4). The radial distance (L) from the surface of the pipe to the point of the guide 3 furthest from it is determined in such a way as to ensure the directional movement of the ball along the entire helical trajectory and exclude, for example, the ball jumping over the helical guide 3.

Подающая труба на фиг. 4а – 4д выполнена в виде цилиндрической трубы, снабженной отверстиями 5 (показаны на фиг. 4б). Винтовое движение шаров 4 в трубе 2 обеспечено винтовой направляющей 3, выполненной в виде винтовой поверхности. При этом винтовая направляющая 3 выполнена по винтовой линии и может быть прямоугольного (фиг. 4а, 4б, 4в) или круглого (фиг. 4г, 4д) поперечных сечений, или поперечного сечения другой формы. Винтовая направляющая 3 закреплена с трубой 2 жестко или с возможностью амортизации. При этом винтовая направляющая 3 может быть закреплена с трубой 2 непосредственно (см. фиг. 4в, 4д) или посредством соединительных элементов 14 (см. фиг. 4б, 4г). Отверстия 5 (см. фиг. 4б) могут быть выполнены любой (одинаковой или различной) формы, например, округлой, многоугольной, продолговатой и т.д. При этом продолговатые отверстия 5 могут быть выполнены под любым углом к оси трубы 2, например, вдоль и/или поперек оси трубы. The supply pipe in Fig. 4a – 4e is made in the form of a cylindrical pipe equipped with holes 5 (shown in Fig. 4b). The helical movement of the balls 4 in the pipe 2 is provided by a helical guide 3 made in the form of a helical surface. In this case, the screw guide 3 is made along a helical line and can be rectangular (Fig. 4a, 4b, 4c) or round (Fig. 4d, 4e) cross sections, or a cross section of another shape. The screw guide 3 is fixed to the pipe 2 rigidly or with the possibility of shock absorption. In this case, the screw guide 3 can be fixed to the pipe 2 directly (see Fig. 4c, 4e) or by means of connecting elements 14 (see Fig. 4b, 4d). Holes 5 (see Fig. 4b) can be made of any (same or different) shape, for example, rounded, polygonal, oblong, etc. When this elongated holes 5 can be made at any angle to the axis of the pipe 2, for example, along and/or across the axis of the pipe.

Устройство отпуска (известно из патента RU2634541 патентообладателя ООО НПП «ТЭК») выполнено в виде отпускной печи 17 (фиг. 5), включающей камеру нагрева 18, камеру выдержки 19 и транспортирующее устройство 20. Транспортирующее устройство 20 может быть выполнено в виде цепного конвейера с замкнутым цепным контуром, тележечного транспортера и др. Тяговая цепь цепного конвейера может быть снабжена ходовыми колесами. Подвод тепловой мощности к камерам нагрева 18 и камерам выдержки 19 обозначен стрелками А. При этом нагрев ведут с помощью электрического или газового или инфракрасного источника тепла, или с помощью индукционного нагрева (токами высокой частоты) и т. д.The tempering device (known from patent RU2634541 of the patent holder NPP TEK LLC) is made in the form of a tempering furnace 17 (Fig. 5), including a heating chamber 18, a holding chamber 19 and a transporting device 20. The transporting device 20 can be made in the form of a chain conveyor with with a closed chain circuit, a trolley conveyor, etc. The traction chain of a chain conveyor can be equipped with running wheels. The supply of thermal power to the heating chambers 18 and holding chambers 19 is indicated by arrows A. In this case, heating is carried out using an electric or gas or infrared heat source, or using induction heating (high frequency currents), etc.

На фиг. 6 установка окончательного охлаждения 21 (известна из патента RU2634541 патентообладателя ООО НПП «ТЭК») содержит механизм перемещения 22 шаров 4, подводящий лоток 23, отводной лоток 24 и систему охлаждения, которая может быть выполнена в виде гидравлического коллектора 25 для водяного душирования или устройства распыления водовоздушной смеси. В свою очередь, механизм перемещения 22 может быть выполнен с прямо- или криволинейным перемещением шаров. Например, указанный механизм 22 с криволинейным перемещением шаров 4 по дуге окружности может включать ротор 26, установленный с возможностью вращения на горизонтальном валу 27 и имеющий продольные углубления 28 для размещения в них шаров 4. In FIG. 6, the final cooling unit 21 (known from patent RU2634541 of the patent owner LLC NPP TEK) contains a mechanism for moving 22 balls 4, an inlet tray 23, an outlet tray 24 and a cooling system that can be made in the form of a hydraulic manifold 25 for water showering or a spray device water-air mixture. In turn, the movement mechanism 22 can be made with straight or curvilinear movement of the balls. For example, the specified mechanism 22 with a curvilinear movement of balls 4 along an arc of a circle may include a rotor 26 mounted for rotation on a horizontal shaft 27 and having longitudinal recesses 28 to accommodate the balls 4.

Способ термообработки стальных шаров осуществляют следующим образом.The method of heat treatment of steel balls is carried out as follows.

После горячего проката, или горячей штамповки, или горячей ковки шары 4, имеющие температуру 900°С – 1050°С, подстуживают до температуры ниже точки фазовых превращений Аr1, что обеспечивает фазовую перекристаллизацию стали шаров, приводящую к переходу крупнозернистого аустенита в перлит во всем объеме шара. Подстуживание производят до температуры, которая на (30÷100)°C ниже точки Аr1. Подстуживание шаров могут производить на воздухе при обособленном размещении шаров на конвейере. А также подстуживание шаров могут производить водяным спреерным орошением при обособленном размещении шаров во вращающемся подстуживающем барабане. В обоих случаях шары подстуживают до температуры (650 ÷ 500)°С на их поверхности, в зависимости от их диаметра. Так, шары диаметром от 100 мм до 140 мм подстуживают до температуры 500°С, а температура окончания подстуживания шаров меньших диаметров – выше. Подстуживание шаров до температуры (650 ÷ 500)°С на их поверхности гарантирует фазовое превращение по всему объему шара, включая центральную часть, а также обеспечивает экономию времени и энергии при последующем нагреве под закалку.After hot rolling, or hot stamping, or hot forging, balls 4, having a temperature of 900 ° C - 1050 ° C, are cooled to a temperature below the Ar1 phase transformation point, which ensures phase recrystallization of the ball steel, leading to the transition of coarse-grained austenite to pearlite in the entire volume ball. Cooling is carried out to a temperature that is (30÷100)°C below the Ar1 point. The cooling of the balls can be carried out in air with separate placement of the balls on the conveyor. And also the cooling of the balls can be carried out by water spray irrigation with separate placement of the balls in a rotating cooling drum. In both cases, the balls are cooled to a temperature of (650 ÷ 500)°C on their surface, depending on their diameter. Thus, balls with a diameter of 100 mm to 140 mm are cooled to a temperature of 500°C, and the temperature of the end of cooling of balls of smaller diameters is higher. Cooling the balls to a temperature of (650 ÷ 500)°C on their surface guarantees a phase transformation throughout the entire volume of the ball, including the central part, and also saves time and energy during subsequent heating for hardening.

По завершении подстуживания шары направляют в печь, где их подогревают до температуры закалки. Температура начала закалки выше точки фазовых превращений Ас3 и составляет от 750°С до 850°С. Режим подогрева обеспечивает повторную перекристаллизацию металла шаров, приводящую к образованию мелкозернистого аустенита. Подогрев производят в режиме постоянно нагретой до температуры закалки печи, и время нахождения шаров в печи зависит от размера шара и марки стали. Так, длительность подогрева шаров большего диаметра выше, по сравнению с длительностью подогрева шаров меньшего диаметра. Подогрев шаров могут производить в газовой, или электрической, или индукционной печи. Upon completion of cooling, the balls are sent to the furnace, where they are heated to the hardening temperature. The temperature of the start of hardening is above the point of phase transformations Ac3 and ranges from 750°C to 850°C. The heating mode provides repeated recrystallization of the metal of the balls, leading to the formation of fine-grained austenite. Heating is carried out in the mode of a furnace constantly heated to the quenching temperature, and the residence time of the balls in the furnace depends on the size of the ball and the steel grade. Thus, the duration of heating of balls of larger diameter is higher compared to the duration of heating of balls of smaller diameter. Balls can be heated in a gas, or electric, or induction furnace.

Далее шары 4 (фиг.1), имеющие температуру закалки, с определенным тактом, благодаря дозатору 8, скатываются по наклонному желобу 9 и поочередно, по одному шару, попадают в подающие трубы 2 вращающегося закалочного барабана 1. Шары 4 в каждой подающей трубе 2 располагаются по одному в промежутке (S) между соседними витками направляющей 3 и на расстоянии не менее одного витка направляющей 3 друг от друга. Количество витков между шарами 4 в каждой из подающих труб 2 определяется временем, за которое закалочный барабан 1 производит один оборот. На фиг. 1 шары 4 расположены на расстоянии одного витка направляющей 3 между собой, т.е. после каждого оборота закалочного барабана 1 шар 4 попадает в соседний виток направляющей 3. Барабан 1 вращается с регулируемой скоростью, передаваемой приводной осью 16. В процессе многооборотного вращения барабана 1 шары 4 перемещаются (катятся) по цилиндрической винтовой траектории вдоль винтовой поверхности направляющей 3 и поднимаются/опускаются при этом по окружности барабана. Шары 4 катятся по подающим трубам 2 непрерывно, за счет отсутствия каких-либо препятствий на их винтовой траектории. Next, the balls 4 (figure 1), having a hardening temperature, with a certain cycle, thanks to the dispenser 8, roll down the inclined chute 9 and alternately, one ball at a time, fall into the feed pipes 2 of the rotating hardening drum 1. Balls 4 in each feed pipe 2 are located one by one in the gap (S) between adjacent turns of the guide 3 and at a distance of at least one turn of the guide 3 from each other. The number of turns between the balls 4 in each of the feed pipes 2 is determined by the time during which the hardening drum 1 makes one revolution. In FIG. 1 balls 4 are located at a distance of one turn of the guide 3 between themselves, i.e. after each revolution of the hardening drum 1, the ball 4 enters the adjacent coil of the guide 3. The drum 1 rotates at a controlled speed transmitted by the drive axle 16. During the multi-turn rotation of the drum 1, the balls 4 move (roll) along a cylindrical helical path along the helical surface of the guide 3 and rise / descend at the same time around the circumference of the drum. The balls 4 roll along the supply pipes 2 continuously, due to the absence of any obstacles on their helical trajectory.

При этом шары 4 расположены обособленно друг от друга за счет отдельной конструкции подающих труб 2, а также благодаря раздельному, на расстоянии не менее одного витка направляющей 3 друг от друга, перемещению шаров внутри каждой подающей трубы 2. Это обеспечивает равномерное распределение шаров по рабочей поверхности барабана 1 и исключает их соударения. Кроме того, равномерное распределение шаров по поверхности барабана 1 увеличивает механическую устойчивость закалочной установки благодаря ее сбалансированности.In this case, the balls 4 are located separately from each other due to the separate design of the supply pipes 2, and also due to the separate, at a distance of at least one turn of the guide 3 from each other, the movement of the balls inside each supply pipe 2. This ensures a uniform distribution of the balls over the working surface drum 1 and excludes their collisions. In addition, the uniform distribution of balls on the surface of the drum 1 increases the mechanical stability of the hardening plant due to its balance.

Во время непрерывного перемещения шары 4 подвергаются равномерному интенсивному охлаждению водой, поступающей и отводящейся через отверстия 5 любой (одинаковой или различной) формы. В подающей трубе на фиг. 2 и 3 вода для омывания шаров поступает и отводится через отверстие 5 винтовой формы между витками винтовой поверхности 13 трубы 2. В подающей трубе на фиг. 4а-4д вода для омывания шаров поступает и отводится через отверстия 5 (см. фиг. 4б) в трубе 2. Это в итоге обеспечивает равномерное охлаждение поверхности шаров и препятствует образованию паровых пятен. During continuous movement, the balls 4 are subjected to uniform intensive cooling by water entering and leaving through holes 5 of any (same or different) shape. In the supply pipe in Fig. 2 and 3, water for washing the balls enters and is discharged through a screw-shaped hole 5 between the turns of the helical surface 13 of the pipe 2. In the supply pipe in FIG. 4a-4e, water for washing the balls enters and is discharged through holes 5 (see Fig. 4b) in pipe 2. This ultimately ensures uniform cooling of the surface of the balls and prevents the formation of steam spots.

Охлаждение шаров 4 при закалке проводят до температуры, которая существенно ниже точки начала мартенситных превращений Мн, что приводит к увеличенному содержанию мартенситной фазы в микроструктуре закаленных шаров, и следовательно, повышению их твердости. Например, для получения шаров 4 и 5 групп твердости закалку могут проводить до достижения шарами температуры окружающей атмосферы, вплоть до отрицательной (в неотапливаемом производственном помещении).The cooling of balls 4 during hardening is carried out to a temperature that is significantly lower than the start point of martensitic transformations Mn, which leads to an increased content of the martensite phase in the microstructure of the hardened balls, and, consequently, an increase in their hardness. For example, to obtain balls of 4 and 5 hardness groups, hardening can be carried out until the balls reach the temperature of the ambient atmosphere, up to negative (in an unheated production room).

При подходе к окончанию барабана 1 шары 4 поочередно попадают на механизм выгрузки 15.When approaching the end of the drum 1, the balls 4 alternately fall on the unloading mechanism 15.

После закалки шары 4 направляют в отпускную печь 17 (фиг. 5) для снятия внутренних напряжений при низкотемпературном отпуске. Движение шаров 4 вдоль камеры нагрева 18 и камеры выдержки 19 осуществляют с помощью транспортирующего устройства 20. Транспортирующее устройство 20 может быть выполнено в виде конвейера с замкнутым контуром (см. фиг. 5), тележечного транспортера и др. Сначала в камере нагрева 18 шары нагревают до температуры отпуска (150-480)°С, в зависимости от требуемых группы твердости и механических свойств. Так, для получения высоких износостойкости и ударной вязкости, шары 4 и 5 групп твердости нагревают до температуры (150-250)°С, с учетом марки стали; шары 2 и 3 групп твердости нагревают до температуры (300-480)°С, также с учетом марки стали. Необходимый режим нагрева шаров регулируют в зависимости от химического состава стали, диаметра шаров и группы их твердости, путем изменения продолжительности отпуска и режимов подвода тепловой мощности. Это позволяет гарантированно получать шары заданной, в том числе высокой, группы твердости.After hardening, the balls 4 are sent to the tempering furnace 17 (Fig. 5) to relieve internal stresses during low-temperature tempering. The movement of balls 4 along the heating chamber 18 and the holding chamber 19 is carried out using a transport device 20. The transport device 20 can be made in the form of a closed loop conveyor (see Fig. 5), a trolley conveyor, etc. First, in the heating chamber 18, the balls heated to tempering temperature (150-480)°C, depending on the required group of hardness and mechanical properties. So, to obtain high wear resistance and impact strength, balls of 4 and 5 hardness groups are heated to a temperature of (150-250) ° C, taking into account the steel grade; balls of 2 and 3 hardness groups are heated to a temperature of (300-480) ° C, also taking into account the steel grade. The required heating mode of the balls is regulated depending on the chemical composition of the steel, the diameter of the balls and their hardness group, by changing the duration of the tempering and the modes of supplying heat power. This makes it possible to guarantee the production of balls of a given, including high, hardness group.

Затем в камере выдержки 19 осуществляют термостатирование шаров. Для уменьшения теплопотерь и упрощения монтажа устройства отпуска, шары на транспортирующем устройстве 20 могут быть закрыты теплоизолирующими кожухами (на фигуре не показаны), сопряженными между собой. В этом случае подвод тепловой мощности может быть осуществлен посредством отдельных источников тепла, размещенных на теплоизолирующих кожухах (на фигуре не показаны). При этом источники тепла могут быть электрическими, газовыми, инфракрасными, а также источниками переменного магнитного поля (индукционный нагрев) и др. В свою очередь, газовые источники тепла могут быть выполнены в виде газогорелочных нагревательных устройств с регулируемой скоростью истечения нагретой газовой среды, причем скорость истечения нагретой газовой среды может быть от 15 м/с до 60 м/с.Then, in the holding chamber 19, the balls are thermostated. To reduce heat loss and simplify the installation of the release device, the balls on the transport device 20 can be closed with heat-insulating casings (not shown in the figure) that are paired with each other. In this case, the supply of heat power can be carried out by means of separate heat sources placed on heat-insulating casings (not shown in the figure). In this case, heat sources can be electric, gas, infrared, as well as sources of an alternating magnetic field (induction heating), etc. In turn, gas heat sources can be made in the form of gas-burner heating devices with a controlled outflow rate of the heated gas the outflow of a heated gaseous medium can be from 15 m/s to 60 m/s.

При необходимости, после отпуска могут произвести окончательное охлаждение шаров до температуры не более 60°С. Окончательное охлаждение шаров могут производить на воздухе при размещении шаров в коробах. А также окончательное охлаждение шаров могут производить на установке окончательного охлаждения 21 (фиг. 6), включающей механизм перемещения 22 для охлаждения шаров 4, предпочтительно водяным душем из гидравлического коллектора 25, или путем распыления на них водовоздушной смеси. При использовании в качестве механизма перемещения 22 вращающегося ротора 26, шары 4 поочередно попадают в продольные углубления 28 на внешней поверхности указанного ротора 26. Форма продольных углублений 28 исключает выпадение из них шаров 4 или их перекат в соседние углубления 28. Использование установки окончательного охлаждения позволяет существенно уменьшить время между операцией отпуска и последующей технологической операцией, например, упаковкой, что, в частности, приводит к рациональному использованию производственных мощностей и площадей. If necessary, after tempering, the balls can be finally cooled to a temperature not exceeding 60°C. The final cooling of the balls can be carried out in air when the balls are placed in boxes. And also the final cooling of the balls can be carried out at the final cooling installation 21 (Fig. 6), including a movement mechanism 22 for cooling the balls 4, preferably with a water shower from the hydraulic manifold 25, or by spraying them with an air-water mixture. When using a rotating rotor 26 as a mechanism for moving 22, the balls 4 alternately fall into the longitudinal recesses 28 on the outer surface of the specified rotor 26. The shape of the longitudinal recesses 28 prevents the balls 4 from falling out of them or rolling into adjacent recesses 28. reduce the time between the dispensing operation and the subsequent technological operation, for example, packaging, which, in particular, leads to the rational use of production capacities and areas.

Таким образом, двойная перекристаллизация металла шаров перед закалочным охлаждением обеспечивает измельчение микроструктуры стали шаров, что положительно сказывается на дисперсности мартенситной структуры стали шаров после закалки, обеспечивает улучшение пластических свойств, высокие износостойкость и ударную вязкость шаров и в целом улучшает их механические свойства. Кроме того, подогрев шаров в печи позволяет выравнять температуру шаров по сечению, что создает условия для равномерной закалки шаров, обеспечивая однородность микроструктуры и твердости металла шаров. Thus, double recrystallization of the metal of the balls before quenching cooling ensures the refinement of the microstructure of the steel of the balls, which has a positive effect on the fineness of the martensitic structure of the steel of the balls after hardening, improves the plastic properties, high wear resistance and impact strength of the balls, and generally improves their mechanical properties. In addition, heating the balls in the furnace makes it possible to equalize the temperature of the balls over the cross section, which creates conditions for uniform hardening of the balls, ensuring the uniformity of the microstructure and hardness of the metal of the balls.

Непрерывное перемещение шаров 4 вдоль винтовых направляющих 3 в подающих трубах 2 и обособленное, на расстоянии не менее одного витка направляющей 3 друг от друга, перемещение шаров внутри каждой подающей трубы 2 во время регулируемого по длительности вращения закалочного барабана 1 позволяет равномерно распределить шары 4 по рабочей поверхности указанного барабана 1, и следовательно, охлаждать каждый шар поштучно, чем достигается однородность воздействия закалочной среды на каждый шар, приводящая к стабильности их качества. The continuous movement of the balls 4 along the screw guides 3 in the supply pipes 2 and the separate, at a distance of at least one turn of the guide 3 from each other, the movement of the balls inside each supply pipe 2 during the rotation of the quenching drum 1, which is adjustable in duration, makes it possible to evenly distribute the balls 4 over the working the surface of the said drum 1, and consequently, to cool each ball piece by piece, which achieves a uniform effect of the quenching medium on each ball, leading to the stability of their quality.

Постоянное движение шаров с их омыванием потоками воды позволяет предотвратить образование паровоздушных пузырей на их поверхности (особенно в начале охлаждения), и, следовательно, избежать пятен с пониженной твердостью и получить равномерную твердость поверхности шаров, а также позволяет закалить шары на максимальную глубину благодаря интенсивности их охлаждения.The constant movement of the balls with their washing with water flows makes it possible to prevent the formation of vapor-air bubbles on their surface (especially at the beginning of cooling), and, therefore, to avoid spots with reduced hardness and obtain a uniform hardness of the surface of the balls, and also allows you to harden the balls to the maximum depth due to their intensity cooling.

Проведенные испытания мелющих шаров на твердость, ударную вязкость, повторяемость параметров твердости и др. показали, что предложенная технология позволяет получать шары 4 и 5 групп твердости с высокими механическими свойствами (например, с ударной вязкостью более 12 Дж/см²), для работы в мельницах с ударным режимом измельчения.The tests of grinding balls for hardness, impact strength, repeatability of hardness parameters, etc. have shown that the proposed technology makes it possible to obtain balls of 4 and 5 hardness groups with high mechanical properties (for example, with an impact strength of more than ¹² J/cm2), for operation in impact mills.

Механические свойства мелющих шаров с произведенной двойной перекристаллизацией перед закалочным охлаждением (согласно настоящей заявке), по сравнению с мелющими шарами без проведения указанной двойной перекристаллизации, приведены в таблицах 1 и 2.The mechanical properties of grinding balls with double recrystallization performed before quench cooling (according to the present application), compared to grinding balls without said double recrystallization, are shown in tables 1 and 2.

Таблица 1. Механические свойства мелющих шаров диаметром 60 мм, из стали 70ХГФTable 1. Mechanical properties of grinding balls with a diameter of 60 mm, made of steel 70KhGF

Твердость на поверхности, средняя, HRC, не менееSurface hardness, average, HRC, not less than Твердость в центре, средняя, HRC, не менееHardness in the center, average, HRC, not less than Градиент твердости, не болееHardness gradient, no more Ударная
вязкость
, Дж/см² percussion
viscosity
, J / cm ² Твердость на поверхности, средняя, HRC, не менееSurface hardness, average, HRC, not less than Твердость в центре, средняя, HRC, не менееHardness in the center, average, HRC, not less than Градиент твердости, не болееHardness gradient, no more Ударная
вязкость
, Дж/см² percussion
viscosity
, J / cm ² Шары с произведенной двойной перекристаллизацией перед закалочным охлаждением (согласно настоящей заявке)Double recrystallization balls before quench cooling (according to the present application) Шары без проведения перекристаллизации перед закалочным охлаждением Balls without recrystallization before quench cooling 64,43864.438 62,7562.75 1,6881.688 1313 64,4064.40 60,6060.60 3,83.8 6,56.5 64,37564.375 63,563.5 0,8750.875 2121 64,3764.37 59,559.5 4,874.87 77 62,362.3 6161 1,31.3 2727 63,863.8 58 358 3 5,55.5 9nine 64,2564.25 63,2563.25 1one 18eighteen 64,2564.25 6161 3,253.25 88 64,6264.62 63,563.5 1,121.12 14fourteen 64,664.6 60,560.5 4,14.1 66 64,12564.125 63,2563.25 0,8750.875 1919 64,164.1 5858 6,16.1 88

Таблица 2. Механические свойства мелющих шаров диаметром 120 мм, из стали 73ХГФНTable 2. Mechanical properties of grinding balls with a diameter of 120 mm, made of steel 73KhGFN

Твердость на поверхности, средняя, HRC, не менееSurface hardness, average, HRC, not less than Твердость в центре, средняя, HRC, не менееHardness in the center, average, HRC, not less than Градиент твердости, не болееHardness gradient, no more Ударная
вязкость
, Дж/см² percussion
viscosity
, J / cm ² Твердость на поверхности, средняя, HRC, не менееSurface hardness, average, HRC, not less than Твердость в центре, средняя, HRC, не менееHardness in the center, average, HRC, not less than Градиент твердости, не болееHardness gradient, no more Ударная
вязкость
, Дж/см² percussion
viscosity
, J / cm ² Шары с произведенной двойной перекристаллизацией перед закалочным охлаждением (согласно настоящей заявке)Balls with double recrystallization performed before quench cooling (according to the present application) Шары без проведения перекристаллизации перед закалочным охлаждением Balls without recrystallization before quench cooling 61,7561.75 6060 1,751.75 14fourteen 64,2564.25 57,557.5 6,756.75 4,34.3 63,6863.68 6161 2,682.68 1212 63,4863.48 58,2358.23 5,255.25 4,54.5 59,3559.35 55,255.2 4,154.15 1616 60,3760.37 52,552.5 7,877.87 66 59,6859.68 56,2556.25 3,433.43 18eighteen 59,3859.38 53,753.7 5,685.68 77 60,6260.62 5757 3,623.62 14fourteen 61,1861.18 54,5554.55 6,636.63 5five 60,5660.56 5858 2,562.56 1919 60,4360.43 50,750.7 9,739.73 66 60,2560.25 57,2557.25 3,03.0 1717 62,7262.72 57,257.2 5,525.52 5five

Таким образом, предложенная технология позволяет получать шары стабильно высокого качества, с высокими пластическими свойствами и высокой износостойкостью, что значительно увеличивает производительность мельниц и срок их службы.Thus, the proposed technology makes it possible to obtain balls of consistently high quality, with high plastic properties and high wear resistance, which significantly increases the productivity of mills and their service life.

Claims

1. A device for hardening steel balls, containing a hardening drum, the working surface of which is formed by supply pipes made with access to water balls, while the hardening drum is installed in the hardening bath with the possibility of rotation in it, characterized in that each of the supply pipes is equipped with a screw guide configured to ensure the helical movement of the balls in the pipe and made in the form of a helical surface.

2. The device according to claim 1, characterized in that the radial distance (L) from the surface of the pipe to the point of the helical guide farthest from it is made in such a way as to ensure directional movement of the ball along the entire helical trajectory and exclude, for example, the ball jumping over the helical guide.

3. The device according to claim 1, characterized in that the length of the gap (S) between adjacent turns of the helical guide is made in such a way as to ensure free rolling and separate placement of the ball in the gap (S) between adjacent turns.

4. The device according to claim 1, characterized in that the screw guide can be fixed relative to the supply pipe or with the possibility of shock absorption relative to the supply pipe.

5. The device according to claim 1, characterized in that the supply pipe is made with a hole made along a helical line, while the supply pipe is a cylindrical helical surface.

6. The device according to claim 1, characterized in that the supply pipe is a helical surface, while the helical guide is made with a pitch equal to the pitch of the helical surface of the pipe, and is installed in the hole between the turns of the helical surface of the pipe.

7. The device according to claim 1, characterized in that the supply pipe is made in the form of a cylindrical pipe, provided with holes that can be made of various shapes, for example, round, polygonal, oblong, while the elongated holes can be made at any angle to the axis of the pipe , for example along and/or across the axis of the pipe.

8. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a dispenser configured to feed the balls into the hardening drum in turn, one ball at a time.

9. A method for heat treatment of steel balls, including cooling the balls from the temperature of hot forming, quenching in water from the quenching temperature to a temperature below the start point of the martensite transformation Mn in a rotating quenching drum, the working surface of which is formed by supply pipes, with washing the balls with water, and then tempering of the balls, characterized in that the balls are cooled to a temperature below the phase transformation point Ar1, then the balls are heated to the hardening temperature, and hardening is carried out by means of the device according to claim 1, while ensuring the helical movement of the balls in the supply pipes along the screw guides, made in the form of helical surfaces.

10. The method according to claim 9, characterized in that the cooling of the balls is carried out to a temperature of 650-500 ° C on their surface.

11. The method according to claim 9, characterized in that the cooling of the balls is carried out in air with separate placement of the balls on the conveyor.

12. The method according to claim 9, characterized in that the cooling of the balls is carried out by water spray irrigation with separate placement of the balls in a rotating drum.

13. The method according to claim 9, characterized in that the heating to the hardening temperature is carried out when the balls are placed in a gas, or electric, or induction furnace heated to the hardening temperature, while the heating time of the larger diameter balls is higher compared to the heating time of the balls smaller diameter.

14. The method according to claim 9, characterized in that the movement of the balls inside each supply pipe is carried out separately, at a distance of at least one turn of the guide from each other.

15. The method according to claim 9, characterized in that the balls in the hardening drum are subjected to uniform and intensive cooling with water entering and discharged through the holes in the supply pipes.

16. The method according to claim 9, characterized in that the tempering of the balls is carried out at a temperature of from 150°C to 480°C.

17. The method according to claim 9, characterized in that after tempering, the balls can be finally cooled to a temperature not exceeding 60°C.