SU1285024A1

SU1285024A1 - Method for heat treatment of cylindrical metal articles

Info

Publication number: SU1285024A1
Application number: SU843781414A
Authority: SU
Inventors: Рустем Салихович Фазлиахметов; Валерий Васильевич Юровских
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Тяжелого Машиностроения Производственного Объединения "Уралмаш"
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1987-01-23

Abstract

Изобретение относитс к термической обработке сталей и может быть использовано при обработке крупных цилиндрических изделий, например валов . Цель изобретени - улучшение качества издели путем снижени временных температурных и остаточных напр жений. Сущность изобрете«и заключаетс в том, что охлаждение после отпуска валов провод т не одновременно по всей цилиндрической поверхности , a только 30-40% ее площади . При этом зону охлаждени непрерывно и равномерно смещают в одном направлении со скоростью п a-k/t, где k 2-3; a 0,3-0,4; t - врем наступлени максимального перепада температур по сечению издели при всестороннем охлаждении издели в среде. Способ позвол ет уменьшить величину остаточных напр жений до 80 МПа, что в несколько раз меньше, чем при j всестороннем охлаждении. § The invention relates to heat treatment of steels and can be used in the processing of large cylindrical articles, such as shafts. The purpose of the invention is to improve the quality of the product by reducing temporary temperature and residual stresses. The essence of the invention is that the cooling after the tempering of the shafts is not carried out simultaneously over the entire cylindrical surface, but only 30-40% of its area. At the same time, the cooling zone is continuously and uniformly shifted in one direction at a speed n a-k / t, where k is 2-3; a 0.3-0.4; t is the time of onset of the maximum temperature difference over the cross section of the product with comprehensive cooling of the product in the medium. The method makes it possible to reduce the value of residual stresses to 80 MPa, which is several times less than with j comprehensive cooling. §

Description

Изобретение относитс к области термической обработки стали и может быть использовано при термической обработке крупных продолговатых цилиндрических изделий, например валовThe invention relates to the field of heat treatment of steel and can be used in the heat treatment of large oblong cylindrical articles, such as shafts.

Цель изобретени - улучшение качества издели путем снижени временных температурных и остаточных напр жений .The purpose of the invention is to improve the quality of the product by reducing temporary temperature and residual stresses.

Сущность изобретени заключаетс в том, что охлаждение поверхности издели производ т не одновременно по всей площади, а последовательно, подверга воздействию охлаждающей среды часть боковой поверхности издели вдоль образующей. Одновременно .охлаждают 30-40% боковой поверхности издели . При этом охла одаемую зону непрерывно и равномерно смещают в одном направлении, оставл ее площадь неизменной. Кроме того, скорость смещени охлаждаемой зоны выбирают так, что временные температурные напр жени остаютс упругими .The essence of the invention lies in the fact that the cooling of the surface of the product is not performed simultaneously over the entire area, but consistently, by exposing a cooling medium to a part of the side surface of the product along the generatrix. At the same time, 30-40% of the side surface of the product is cooled. At the same time, the cooled zone is continuously and uniformly shifted in one direction, leaving its area unchanged. In addition, the displacement rate of the cooled zone is selected so that the temporal temperature stresses remain elastic.

Циклы охлаждени повтор ют до полного охлаждени издели .The cooling cycles are repeated until the product is completely cooled.

При охлаждении издели в указанных услови х происходит его упругий изгиб, уменьшаетс жесткость напр женного состо ни , снижаетс уровень временных температурных и остаточных напр жений по сГравнению с охлаждением по всей поверхности одновременно .When the product is cooled under the specified conditions, its elastic bending occurs, the stiffness of the stress state decreases, the level of temporary temperature and residual stress decreases in comparison with cooling across the entire surface at the same time.

Оптимальным вл етс охлаждение 35% площади цилиндрической поверхности издели , что соответствует погружению на 0,55 радиуса. Охлаждение 30-40% площади, обеспечива низкий уровень напр жений, облегчае осуществление способа. При охлаждении одновременно более 40% площади начинает тер тьс одно из основных преимуществ способа дл зон издели прилегающих к поверхности активной охлаждающей среды, т.е. вли ние изгиба заготовки. При одновременном охлаждении в воде 50% площади максимальные остаточные напр жени на поверхности достигали 120 МПа, Дальнейшее увеличение охлаждаемой площади вызьшает повышение напр жений, вплоть до уровн , соответствующего всестороннему охлаждению.The best is to cool 35% of the area of the cylindrical surface of the product, which corresponds to a dip of 0.55 radius. Cooling 30-40% of the area, providing a low level of stress, facilitate the implementation of the method. When simultaneously cooling over 40% of the area, one of the main advantages of the method for the product areas adjacent to the surface of the active cooling medium, i.e. the effect of bending the workpiece. With simultaneous cooling in water of 50% of the area, the maximum residual stresses on the surface reached 120 MPa. A further increase in the cooled area brings about an increase in stresses, up to a level corresponding to all-round cooling.

При одновременном охлаждении 25% площади уровень напр жений по сравнению с охлаждением 35% площади пратически не отличаетс , но это приводит к необходимости замедлени скорости смещени охлаждаемой зоны и понижению производительности.While cooling 25% of the area at the same time, the level of stress compared to cooling of 35% of the area is practically no different, but this leads to the need to slow down the rate of displacement of the cooled zone and decrease the productivity.

Равномерное смещение зоны охлаждени в одном направлении с определенной скоростью позвол ет регулировать- уровень временных температурных напр жений, не превьша значений предела текучести материала, и, кроме того, предотвращает остаточный прогиб издели .A uniform displacement of the cooling zone in one direction at a certain rate allows one to adjust the level of temporary temperature stresses, not exceeding the values of the yield strength of the material, and, in addition, prevents residual deflection of the product.

Повторение циклов охлаждени повышает его -Эффективность.The repetition of cooling cycles increases its efficacy.

По вление небольших остаточных напр жений возможно за счет релаксации временных температурных напр жений .The appearance of small residual stresses is possible due to the relaxation of temporal temperature stresses.

Скорость смещени зоны охлаждени ,Cooling zone displacement rate

которое можно осуществл ть вращением издели , частично погруженного в охлаждающую среду, подбирают расчетом. По известным методикам рассчитывают врем , соответствующее максимальному перепаду температур поверхности и центра издели при всестороннем охлаждении . Это врем уменьшают в 2- 3 раза.. Скорость смещени охлаждаемой зоны должна быть такой, чтобыwhich can be carried out by rotating the product, partially immersed in the cooling medium, is selected by calculation. According to known methods, the time corresponding to the maximum temperature difference between the surface and the center of the product with all-round cooling is calculated. This time is reduced by a factor of 2 to 3. The displacement speed of the cooled zone must be such that

врем нахождени каждого участка издели в охлаждающей среде за один цикл было в этих пределах.the residence time of each section of the product in the cooling medium per cycle was within these limits.

Если охлаждение издели производ т вращением его в выбранной среде при частичном погружении, скорость вращени подсчитывают по формулеIf the product is cooled by rotating it in the selected medium with partial immersion, the rotation speed is calculated by the formula

k п -jT - а,k p -jT - a,

где п - скорость вращени ,об./мин; k - число, показывающее, воwhere n is the rotational speed, rpm; k is a number indicating

сколько раз уменьшено врем охлаждени , соответствующее максимальному перепаду температур поверхности и центра при всестороннем охлаждении в данной средеihow many times the cooling time is reduced, corresponding to the maximum temperature difference between the surface and the center with all-round cooling in this environment

а - дол одновременно охлаждаемой боковой поверхности в относительных единицах;a - dale simultaneously cooled side surface in relative units;

t - врем наступлени максимального перепада температур при всестороннем охлалздении, мин.t is the time of onset of the maximum temperature difference with comprehensive cooling, min.

30% или 0,3 боковой поверхности цилиндра соответствуют погружению его на 0,41 R, где R - радиус цилиндра , 35% - 0,53 R, 40% - 0,69 R.30% or 0.3 of the side surface of the cylinder correspond to its immersion at 0.41 R, where R is the radius of the cylinder, 35% - 0.53 R, 40% - 0.69 R.

Приме p. Проводили термическую обработку заготовки вала диаметром 190 мм из стали 40Х - закалку с отпуском при .После отпуска охлаждение заготовки произвели путем погружени в воду при на глубину 52 мм, что соответствует 35% боковой поверхности, и вращени со скоростью 1 об./мин в течение 15 мин. Врем , соответствующее максимальному перепаду температур по сеч.ению такого цилиндра при всестороннем охлаждении , равно 1,08 мин. Необходимые дл Take p. A billet of a shaft with a diameter of 190 mm made of 40X steel — heat quenching with tempering was carried out. 15 minutes. The time corresponding to the maximum temperature difference over the cross section of such a cylinder with all-round cooling is 1.08 minutes. Needed for

расчетаcalculation

средние оaverage about

в интервале темпеСпособ термической обработки цилиндрических металлических изделий, преимущественно валов длиной более 2,5 диаметра, включающий закалку,in the tempe interval, a method for heat treatment of cylindrical metal products, mainly shafts longer than 2.5 diameters in length, including quenching,

ратур 20-630 С значений коэффициентов 15 отпусд, охлаждение после отпуска цивестными способами термической обработки следующие преимущества: сокращение режима термической обработки низкий уровень остаточных напр женийj расширение области применени сталей, склонных к отпускной хрупкости.Temperature range 20-630 C for tempering coefficient values 15, cooling after tempering using heat treatment methods known by the heat reduction of the heat treatment mode; low level of residual stresses; expansion of the range of application of steels prone to temper brittleness.

Claims

Invention Formula

The method of heat treatment of cylindrical metal products, mainly shafts longer than 2.5 diameters, including hardening,

heat transfer, thermal conductivity and thermal diffusivity are taken respectively oi 6000 W / m2 - ((, W / m K, and 0.03 m2 / h.

The found time was reduced by three to 20 times. The required rotational speed was determined while cooling 35% of the side surface of the cylinder.

P -

0.35 0.97 1 rpm

After complete cooling on the surface, the workpieces were determined by experimental residual stresses by applying unloading grooves and strain gauging.

The maximum value of residual stresses is 80 MPa, i.e. in comparison with all-round cooling, it decreased several times. The mechanical properties of the metal of the workpiece corresponded to those after all-round cooling in water, and no signs of the release of metal brittleness were found.

Using the proposed method provides in comparison with 0

five

surface in an environment until the product is completely cooled, which is due to the fact that, in order to improve the quality of products by reducing temporary thermal and residual stresses, cooling is carried out over an area of 30–40% of the area of the cylindrical surface located along the entire length of the product along the generator, while the product or the cooling device is continuously rotated around the axis of the product with a speed

P

k a

where k 2–3 is a number indicating how many times the cooling time is reduced, corresponding to the maximum temperature difference over the cross section of the product with all-round cooling in the medium;

and 0.3-0.4 - the proportion of the area of the cylindrical surface, simultaneously cooled in the medium;

t is the time of onset of the maximum temperature difference over the cross section of the product with all-round cooling in the medium.