SU1177366A1 - СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ, имеющих форму полых цилиндров с отношением высоты к наружному диаметру в пределах 0,5-2,5 - Google Patents

Description

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термической обработке крупных деталей различного назначения, имеющих форму полых цилиндров, например деталей типа роликов или бандажей.

Цель изобретения - повышение твердости и глубины рабочего слоя, равномерности их распределения по наЕужной поверхности и предотвращение рещинообразования.

На фиг.1 представлена схема теплового воздействия на деталь типа полого ролика в процессе термической обработки по известному способу (стрелками показан преимущественный характер тепловода: сплошными стрелками - излучением, пунктирными - конвекцией); на фиг.2 - градиент температур в ролике, обработанном по известному способу, на расстоянии 50 мм от торцовой поверхности (сечение А-А на фиг.1), на фиг.3 - то Ае (сечение Б-Б на фиг.1), на фиг.4 - градиент температур в ролике, обработанном по известному способу, на половине высоты ролика (сечение В-В на фиг.1), на фиг.5 схема теплового воздействия на деталь типа полого ролика в процессе термической обработки по предлагаемому способу· на фиг.6 - градиент температур в ролике, обработанном по предлагаемому способу, на расстоянии 50 мм от торцовой поверхности (сечение Г-Г на фиг.5)( на фиг.7 - то же, нА расстоянии 150 мм от торцовой поверхности (сечение,.

Д-Д на фиг.5)‘, на фиг.8 - то же, на половине высоты ролика (сечение Е-Е на фиг.5).

Печь для термической обработки состоит из корпуса 1, рабочего пространства 2 печи, где помещается обрабатываемая деталь (ролик) 3, слоя теплоизоляции и герметизир5тощей заглушки 5.

Проводят термическую обработку опорного ролика цементной печи с диаметром бочки 1200 мм и диаметром внутренней полости 620 мм по известному и предлагаемому способам. Предварительный подогрев и интенсифицированный нагрев проводят в двух шахтных газовых печах глубиной 8000 мм и диаметром рабочего пространства 3000 мм (с пересадкой ролика из одной печи в другую). Расположение го366 2

релок тангенциальное. Температура нагрева второй печи 1080°С. Ролик помещают в печь с помощью крана, после окончания периода интенсифицированного нагрева проводят закалку через воду в масло.

В процессе термообработки осущест вляют термометрирование с помощью хромель-алюминиевых термопар, зачеканенных на разную глубину и расположенных в различных участках наружной поверхности ролика.

Расчет температурных полей и распределения твердости в рабочем слое проводят методом конечных элементов с шагом разбиения по радиусу 5-10 мм и разбиением по времени 2-3 мин. Глу бину рабочего слоя (закалочной поверхности зоны) оценивают методом наложения экспериментальных кривых охлаждения для различных по глубине слоев на термокинетическую диаграмму стали. Полученные в результате расчета значения температур и твердости сопоставляют с данными промышленных экспериментов на натурном ролике.

Исходные данные для расчета. Размеры ролика: наружный диаметр 1200 мм, внутренний диаметр 620 мм, высота 650 мм^ материал - сталь марки 38ХНМЛ. Представительные сечения: на расстоянии 50 мм от торцовой поверхности, на расстоянии 150 мм от торцовой поверхности, на половине высоты ролика.

I. Известный способ. Предваритель ный нагрев до температуры по наружной поверхности 920-940°С (расчетная продолжительность нагрева 120 мин), закалка через воду в масло (выдержка в воде 3 мин, в масле 60 мин).

II. Предлагаемый способ. Нанесение на торцовые поверхности детали слоя теплоизоляционного материала Тогнеупорный кирпич), герметизация внутренней полости путем перекрытия ее сверху и снизу стальными заглушками, предварительный объемный подогрев до 5оо°с, интенсифицированный нагрев

до температуры по наружной поверхнос ти 920-940°С (расчетная продолжитель ность нагрева 120 мин), закалка через воду в масло (выдержка в воде 3 мин, в масле 60 мин).

III. Вариант известного способа

с нанесением слоя теплоизоляционного

материала на торцовые поверхности

3 1177

детали, но без герметизации внутренней полости.

IV. Вариант известного способа с герметизацией внутренней полости перед предварительным подогревом и « ее разгерметизацией перед закалкой, но без нанесения слоя теплоизоляционного материала на торцовые поверхности детали.

В табл. 1 представлены результаты 10 определения градиента температуры в представленных сечениях в момент вре• мени, предшествующий закалке, для вариантов известного и предлагаемого способов (экспериментальные и расчет- 15 ные данные), а также приведены значения твердости на наружной поверхности и глубины рабочего слоя.

В табл. 2 приведены результаты сравнения показателей известного с 20 показателями предлагаемого способа.

Из табл. 2 следует, что предлагаемый способ характеризуется следующими основными преимуществами: твердость

366 4

на наружной поверхности (среднее значение) увеличивается на 21,5%; неравномерность распределения твердое ти по наружной поверхности снижается на 9%; глубина рабочего слоя увеличивается на 132%; неравномерность распределения глубины рабочего слоя (по наружной поверхности) снижается на 49%.

Улучшение качества деталей способствует повышению их эксплуатационной долговечности и надежности. При этом нанесение слоя теплоизоляционного материала на торцовые поверхности без герметизации внутренней полости, с одной стороны, и герметизация этой полости без теплоизоляции торцовых поверхностей, с другой стороны, не обеспечивают требуемого повышения рас сматриваемых характеристик детали (как в известном способе). Результат достигается только при осуществлении предлагаемого способа.

Таблица 1

Вариант	— Сечение	Характеристика распределения	Твердость	Глубина
способа	ролика	температуры в	сечении в конце	на наруж-	рабочего
		градиентного	нагрева	ной поверх-'	слоя (с
				ности, НВ	твердое-
		Температура наружной поверхности, °с	Температура внутренней άΤ поверхности,°С		тью не менее 260 НВ), мм

А-А	920	460	460	337-309* 321	60
Б-Б	920	440	480	341-321 328	60
В-В	920	440	480	345-329 335	65
А-А (50 мм от торца)	930	840	90	269-255 260	20
Б-Б (150 мм от торца)	930	780	150	302-255	25

272

$

1177366

6

.Продолжение табл.1

__*»

Вариант способа	Сечение ролика	—---,=-,Характеристика распределения температуры в сечении в конце градиентного, нагрева	Твердость на наружной поверхности, НВ	Глубина рабочего слоя ,(с твердое-
		Температура наружной поверхности, «С	Температура Внутренней поверхности	АТ ,’с		тыо не ме* нее 260 НВ), мм.
	В-В ~ (на половине высоты)	930	670	260	309-269 278	35
III	А-А	920	820	100	302-263 278	30
-	Б-Б	920	740	180	302-269 285	35
	В-В	920	680	240	313-278 298	40
IV	А-А	920	790	130	282-257 263	20
	Б-Б	920	640	280	302-263 282	35
	В-В	920	530	390	321-272	45

302

* η

В числителе максимальные и минимальные значения, в знаменателе средние Т а б л и ц а 2

— Характеристика Вариант способа	Твердость наружной поверхности, (среднее значение), НВ	Неравномерность распределения твердости по поверхности И® та* ~ИВ я,; п 7 НВсре*. . ”	Средняя глубина рабочего слоя Ь (с твердостью не менее 260 НВ),мм	Неравномерность распределения глубины рабочего слоя Т’макс-^'мин ? т > /о ьсреА.
I	328	11	61,5	8
II	270	20	26,5	57
III	287	18	35	29
IV	282	27	33	75

1177366

Радиус Радиус Радиус

Фиг. 6 ф_иг7 ф_{иг 8}

Температура ι \ \\\\ \ \ \\ \ \ \ гт'ггг \ι Температура

Claims (1)

1. СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КРУПНЫХ ДЕТАЛЕЙ, имеющих форму полых цилиндров с отношением высоты к наружному диаметру в пределах 0,5-2,5, включающий предварительный подогрев, ускоренный нагрев с формированием заданного градиента температуры от наружной поверхности к внутренней и закалку, отличающийся тем, что, с целью повышения твердости и глубины рабочего слоя, равномерности их распределения по наружной поверхности и.предотвращения трещинообразования, перед предварительным подогре- § вом на торцовые поверхности детали наносят слой теплоизоляционного материала и герметизируют внутреннюю полость детали, а перед закалкой осуществляют разгерметизацию внутренней полости.

   1177366

   Фиг. I

   1 11