SU1154345A1 - Способ закалки цилиндрических изделий с осевым отверстием - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ЗАКАЛКИ ЦИПИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ОСЕВШ ОТЙЕРСТИЕМ, включающий нагрев до температурЦ аустенизации и последую1чее охлаждение со стороны наружной поверхности и осевого отверсти , отличающийс  тем, что, с целью предотвращени  закалочных трещин, осевое отверстие предварительно заглушают , а охлаждающую среду в отверстие подают с момента достижени  поверхностью отверсти  температуры начала бейнитного или мартенситного превращени  стали. (Л с

Description

1 Кзпбре.тенне отгюситс  к термической обработке стапьньк изделий и можгт лспользоп тьс , в ч стности, при з калке ва.пор и роторов с осевым riTfiepcTHCM дт  турбин и тенераторов Интенсификаци  охлаждег и  при закапке  вл етс  одним из эффсктивньк путей повышени  сопротивлени  хрупкому разрурчению стальных изделий при эксплуатации. Однако, как прав ло , интенсив1{ое охлаждение сопровождаетс  возникновением в стали высоких текущих (временных) и остаточных напр жений. Заготовки многих ответственных и металлоемких изделий эне гетического и т желого машиностроени  (таких как роторы, валы, прокатные валки и т.п.) имеют осевое отверстие , С целью получени  высоких эксплуатационных характеристик таки издели  при закалке охлаждают как с внешней поверхности, так и со сто роны осевого отверсти . Известны способы поверхностной закалки изделий типа прокатных валков , предусматривающее нагрев издели  и его последующее охлаждение со стороны внешней поверхности и осевого отверсти  fij , Нагрев осуществл ют таким образом, что выше критической , точки Acj нагреваетс  только слой металла, прилегаюпщй к внешней поверхности издели . Соответственно этот слой металла закаливаетс  (испытывает Y -р об превращение) при последующем охлаждении. Поверхностную закалку валков производ т и с прерывистым охлаждением осевого отверсти  (2j : при погружении издели  в бак начинают прокачивать охлаждающую Среду через осевое отверстие, а затем подачу охладител  прерывают Подача охлаждающей жидкости в осевое отверстие при одновременном озслаждении внешней поверхности используетс  также при объемной закал ке прокатных валков и роторов. В рассмотренных способах закалки охлаждение осевого отверсти  издели  начинают одновременно с охлаждением внешней поверхности. Такие способы охлаждени  хорошо зарекомен довали себ  при поверхностной и объ емной закалке прокатных валков , когда в св зи с особенност ми прогр на сечени  издели  и структурных ггреврап еиий при охлаждении валковых . сталей (9Х, 60ХН, 75ХМ и т.п.)452 тол1- ко тонкий поверхност гый слой металла закаливаетс  на мартенситную или бейнитн то структуру. В основной части сечени  после закалки образуетс  (в случае объемной закалки ) или сохран етс  (в случае поверхностной закалки) перлитна  структура. Внутренние напр жени  в закаливаемых стальных издели х существенно завис т не только от способа охлаждени , размера и формы изделий, но и от характера структурных превращений стали, В случае закалки полых цилиндрических издеЛИЙ из валковых сталей одновременное охлаждение осевого канала и внешней поверхности обеспечивает безопасный уровень внутренних напр жений . Недостатком рассмотренных способов охлаждени  в случае объемной закалки полых цилиндрических изделий с образованием почти по всему сечению бейнитной структуры  вл етс  высокий уровень временных и остаточных напр)тжений, В св зи с этим реальной  вл етс  опасность возникновени  закалочных трещин, котора  возрастает из-за неустойчивого в начальный период (при высокой температуре стенок) характера течени  жидкости в осевом отверстии. Неустойчивость течени  приводит к неравномерности отвода теапа по длине и периметру осевого отверсти  и соответственно к неравномерности распределени  механических свойств стали вблизи отверсти , что и повышает веро тность образовани  закалочных трещин. Закалка цилиндрических изделий из сталей, химический состав которых обеспечивает реализацию мартенситного превращени  по всему сечению крупных изделий с одновременным началом охлаждени  внешней поверхности и осевого отверсти  также представл ет значительную опасность разрушени  . Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  способ закалки полых цилиндрических изделий , который включает нагрев издели  до температуры аустенизации и его последующее охлаждение со Стороны осевого отверсти  и внешней поверхности . Охлаждение издели  заканчиваKIT при снижении средней температуры в сечении до уровн  250 С д. Окончание охлаждени  при сравнительно высокой температуре металла по пол ет снизить риск разрушени  из-за действи  остаточных напр жений , но текущие напр жени  в процес се охлаждени   вл ютс  высокими и по-прежнему в начальный период суще ствует неравномерность охлаждени  канала. Цель изобретени  - предотвращени закалочных трещин. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу закалки ци.пиндрических изделий с осевьм отверсти ем, включающему нагрев до температуры аустенизации и последующее охлаждение со стороны наружной поверхности и осевого отверсти , осевое отверстие предварительно заглушают , а охлаждающую среду в отверстие цодают с момента достижени  поверхностью отверсти  температуры начала бейнитного или мартенситного превращени  стали. Сущность Изобретени  заключаетс  в том, что после нагрева до температуры аустенизации осевое отверсти издели  заглушают и изделие помещают в закалочный бак или установку спрейерного (водовоздушного) охлаждени . Сначапа изделие охлаждают со стороны внешней поверхности, осе вое отверстие охлаждают только с мо мента достижени  его поверхностью температуры начала бейнитного или мартенситного превращени  стали. Прерывание закалки до подключени  устройства охлаждени  осевого отвер сти  может вызывать повьшение нерав номерности температуры по поверхнос ти издели , что весьма опасно при наличии хрупкого закаленного сло  стали. Поэтому предлагаетс  вариант способа закалки с использованием одного устройства-дл  заглушени  осевого отверсти  и его последующего охлаждени  без прерывани  закалк фименение предлагаемого способа позвол ет существен-но снизить уровень наибольших раст гивающих текущих и остаточных напр жений по сравнению со способами, предусматривающ ми одновременное начало охлаждени  внешней поверхности и осевого отверсти  издели . Кроме того, при подаче жидкости в отверстие, температур 454 стенок которого значительно температуры аустенизации, исключаетс  неустойчивость течени  закалочной жидкости в начальный период охлаждени  отверсти . Таким образом, обеспечиваетс  высока  равномерность механических свойств стали на поверхности отверсти . Предлагаемы способ позвол ет получить высокие механические свойства стали, поскольку подача охлаждающей среды в осевое отверстие в момент достижени  его поверхностью температуры начала бейнитного или мартенситного превращени  стали существенно повышает скорость охлаждени  в интервале температур превращени  дл  слоев металла, прилегающих к отверстию, а дл  внутренних зон - также и в интервале температур перед структурным превращением. В период задержки охлаждени  зона, прилегающа  к поверхности осевого отверсти ,  вл етс  наиболее теплоинерционной зоной сечени  издели . Поэтому мартенситное превращение на поверхности осевого отверсти  реализуетс  только в случае применени  стали, обеспечивающей это превращеие по всему сечению издели . Прерьтвание .закалки крупных издё-. ЛИЙ дл  подсоединени  устройства подачи жидкости в осевое отверстие весьма опасно. В частности, извлечение изделий из бака в процессе охлаждени  опасно в св зи с возникновением на поверхности значительных перепадов температур. Эта опасность возрастает вследствие наличи  на поверхности хрупкого закаленного сло  из существенно различной массивности различных частей издели  (таких как бочки и шейки ротора). Поэтому использование одного устройства дл  заглушени  отверсти  н подачи в него охлаждающей жидкости без прерывани  закалки существенно снижает опасность возникновени  закалочнык трещин. Отсутствие необходимости извлечени  издели  из бака в процессе охлаждени  уменьшает врем  работы закалочного крана, что важно дл  термических участков с несколькими печами и баками. Закалку производ т следующим образом . Изделие нагревают до температуры аустенизации, стыкуют с устройством

J 1

охлаждени  осевого отверсти , а затем перенос т в закалочиьм бак или установку спрейерного или водовоздушиого охлаждени . Сначала осевое отверстие заглушено и изделие охлаждаетс  только со стороны внешней поверхности . С момента достижени  поверхностью осевого отверсти  температуры начала бейнитного или мартенситного превращени  стали закалочную среду подают в отверстие путем принудительной или естественной циркулЯ1даи, Момент достижени  поверхностью осевого отверсти  температуры начала бейнитного или мартенситного превращени  стали можно определить по показани м зачеканенной термопары.

Пример. Закалку ротора производ т из стали 26ХНЗМ2ФА с диаметром бочки 1,8 м и диаметром осевого отверсти  0,32 м в воде с охлаждением внешней поверхности и осевого отверсти . Ротор нагревают до 860 С, выгружают из печи, стыкуют с устройством принудитель ного охлаждени  осевого отверсти  и затем погружают в бак с водой.

Рассмотрим два варианта охлаждени .

В первом варианте (без использовани  предлагаемого способа) охлаждение осевого отверсти  начинают одновременно с погружением ротора в бак. Результаты расчетов по специальной программе свидетельствуют

43/4)6

о том, что в процессе охлаждени , возникают высокие раст гивающие напр жени , достигающие на поверхности отверсти  104 кгс/мм при температуре металла около 100 (. Такие напр жени  опасны при допустимых по техническим услови м размерах металлургических дефектов до 3 мм, наход щихс  в хрупкой закаленной структуре.

10 Высокий уровень напр жений при закалке по первому варианту приводит к возникновению закалочных трещин в осевом канапе опытного ротора. Во втором варианте охлаждение

5 осевого отверсти  начинают через 0ч после погружени  ротора в бак, что соответствует снижению температуры поверхности отверсти  до 400°С (температура начала бейнитного превращени  стали 26ХНЗМ2ФА). При этом обеспечиваютс  достаточно высокие механические свойства стали, а максимальные раст гиваю1Г1ие напр жени , согласно выполненным расчетам, не

-5 превьпиают 45 кгс/мм , Такой уровень напр жений (менее половины предела текучести закаленной стали) вполне безопасен.

Изобретение целесообразно использовать в энергетическом машиностроении при разработке технологии изготовлени  крупных роторов.

Ожидаемьй экономический эффект от внедрени  изобретени  составл ет 340 тыс.руб. в год.

Claims (1)

1. СПОСОБ ЗАКАЛКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ОСЕВЬН ОТЙЕРСТИЕМ, включающий нагрев до температура ' аустенизации и последующее охлаждение со стороны наружной поверхности и осевого отверстия, отличающийся тем, что, с целью предотвращения закалочных трещин, осевое отверстие предварительно заглушают, а охлаждающую среду в отверстие подают с момента достижения поверхностью отверстия температуры начала бейнитного или мартенситного превращения стали.

   £U._1154345 >

   1 1