SU1548218A1 - Method of surface thermal strengthening of steel articles - Google Patents

Method of surface thermal strengthening of steel articles Download PDF

Info

Publication number
SU1548218A1
SU1548218A1 SU884450512A SU4450512A SU1548218A1 SU 1548218 A1 SU1548218 A1 SU 1548218A1 SU 884450512 A SU884450512 A SU 884450512A SU 4450512 A SU4450512 A SU 4450512A SU 1548218 A1 SU1548218 A1 SU 1548218A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
depth
electron
hardened layer
heating
diameter
Prior art date
Application number
SU884450512A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Фалькович Вайсман
Сакко Борисович Вассерман
Михаил Эрихович Вейс
Михаил Гедальевич Голковский
Виктор Николаевич Лазарев
Игорь Николаевич Мешков
Рустам Абельевич Салимов
Original Assignee
Институт ядерной физики СО АН СССР
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт ядерной физики СО АН СССР filed Critical Институт ядерной физики СО АН СССР
Priority to SU884450512A priority Critical patent/SU1548218A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1548218A1 publication Critical patent/SU1548218A1/en

Links

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к термической обработке стали концентрированными источниками энергии и может быть использовано в машиностроении и черной металлургии при изготовлении прокатных валков. Цель изобретени  - улучшение качества поверхности путем увеличени  глубины упрочненного сло  и равномерности распределени  твердости по глубине упрочненного сло . Способ включает нагрев электронным пучком и перемещение издели  относительно пучка. Причем нагрев осуществл ют электронным пучком с плотностью мощности 0,1-10 МВт/см2 и энергией электронов 0,3-4 МэВ, а диаметр пучка и линейную скорость перемещени  поверхности издели  выбирают из услови  адиабатичности нагрева поверхностного сло  из соотношени  D/V=(0,01-0,3)Τ, где D - диаметр пучка на поверхности издели The invention relates to heat treatment of steel with concentrated energy sources and can be used in mechanical engineering and ferrous metallurgy in the manufacture of rolls. The purpose of the invention is to improve the surface quality by increasing the depth of the hardened layer and the uniform distribution of hardness over the depth of the hardened layer. The method includes heating by an electron beam and moving the product relative to the beam. Moreover, the heating is carried out with an electron beam with a power density of 0.1-10 MW / cm 2 and an electron energy of 0.3-4 MeV, and the beam diameter and the linear velocity of the surface of the product are chosen from the condition of adiabaticity of heating the surface layer from the ratio D / V = (0.01-0.3) Τ, where D is the beam diameter on the surface of the product

V - линейна  скорость поверхности под пучкомV is the linear velocity of the surface under the beam

Τ - врем  температуропроводности на глубину пробега электронов. 1 ил., 1 табл.Τ is the time of thermal diffusivity to the depth of the electron path. 1 ill., 1 tab.

Description

Изобретение относитс  к термической обработке стали концентрирован-( ными источниками энергии и может быть использовано в машиностроении и черной металлургии при изготовлении прокатных валков.The invention relates to heat treatment of steel by concentrated (energy sources) and can be used in mechanical engineering and ferrous metallurgy in the manufacture of rolls.

Цель изобретени  - улучшение качества поверхности путем увеличени  глубины упрочненного сло  и равномерности распределени  твердости по глубине упрочненного сло .The purpose of the invention is to improve the surface quality by increasing the depth of the hardened layer and the uniform distribution of hardness over the depth of the hardened layer.

При плотности мощности пучка менее 0,1 МВт/см2 врем  нагрева поверхностного сло  становитс  соизмеримым со временем температуропроводности , т.е. нарушаетс  условие адиабатичности нагрева, вследствие чего происходит резкое ухудшение упрочнени . При плотности мощности выше 10 MBт/см2 происходит нарушение поверхности из- ,за ее плавлени ,увеличение же скорости перемещени  издели  потребует чрез- ;вычайного усложнени  реализующего устройства.When the beam power density is less than 0.1 MW / cm2, the heating time of the surface layer becomes comparable with the thermal diffusivity time, i.e. the adiabatic condition of heating is violated, as a result of which there is a sharp deterioration in the hardening. When the power density is higher than 10 MW / cm2, the surface is disturbed due to its melting, and an increase in the speed of movement of the product will require an extremely complicated implementation device.

При энергии электронов менее 0,3 МэВ в облучаемом материале не успевают происходить структурные превращени , необходимые дл  упрочнени . При энергии электронов более 4 МэВ толщина нагретого сло  превы - тает 2 мм, а скорость охлаждени  сло  |за счет отвода тепла вглубь материа-JWhen the electron energy is less than 0.3 MeV, the structural transformations necessary for strengthening do not have time to occur in the irradiated material. When the energy of electrons is more than 4 MeV, the thickness of the heated layer exceeds 2 mm, and the cooling rate of the layer due to heat transfer into the interior of the material is J

315315

ла становитс  200°С/с, котора   вл етс  предельной дл  закалки на мартен сит , т.е. происходит снижение прочности. Если врем  нагрева, опре- дел емое соотношением диаметра пучка и скоростью перемещени  поверхности, становитс  больше 0,3, также происходит нарушение механизма самозакалки . При временах нагрева менее 0,0lЈ не успевают полностью завершитьс  структурные превращени  в материале, в результате чего прочность уменьшаетс .It becomes 200 ° C / s, which is the limit for quenching on marten sieves, i.e. there is a decrease in strength. If the heating time determined by the ratio of the beam diameter and the speed of movement of the surface becomes greater than 0.3, self-hardening mechanism is also violated. When the heating times are less than 0.0lЈ, the structural transformations in the material do not have time to complete, as a result of which the strength decreases.

Диаметр пучка и линейную скорость перемещени  поверхности издели  выбирают из услови  адиабатичности нагрева поверхностного сло , например, из соотношени The beam diameter and the linear velocity of the surface movement of the product are chosen from the condition of adiabaticity of heating the surface layer, for example, from the ratio

d (0,01-0,3)Ј-v,d (0.01-0.3) Ј-v,

где d - диаметр пучка на поверхностиwhere d is the beam diameter on the surface

издели ;products;

v - линейна  скорость поверхности под пучком, м/с; Ј - врем  температуропроводности на глубину пробега электроновv is the linear velocity of the surface under the beam, m / s; Ј - time of thermal diffusivity to the depth of the electron path

На чертеже представлен график изменени  микротвердости материала по глубине после обработки предлагаемым способом.The drawing shows a graph of the change in the microhardness of the material in depth after processing by the proposed method.

Упрочн ют образец из незакаленной стали; эКерги  электронов 0,8 МэВ, ток пучка 7,8 мА, диаметр пучка 1,2 мм, скорость перемещени  поверх- ности 1,7 м/с. Крива  имеет характерный вид: микротвердость практически посто нна до глубины пробега электронов, а ее уровень значительно (более, чем в 4 раза) превышает на- чальный уровень микротвердости.Strengthen the sample from non-hardened steel; The electron energy is 0.8 MeV, the beam current is 7.8 mA, the beam diameter is 1.2 mm, and the surface displacement rate is 1.7 m / s. The curve has a characteristic form: the microhardness is almost constant up to the depth of the electron path, and its level is much (more than 4 times) higher than the initial level of microhardness.

Предлагаемый способ термической обработки осуществл ют следующим образом .The proposed heat treatment method is carried out as follows.

Термообработку прокатных валков из стали ведут электронным пучком с энергией 1,5 МэВ, током 8 мА и диаметром 2 мм на поверхности валка. При этом обеспечиваетс  плотность мощности 0,4 МВт/см2. Используетс  ускрритель электронов с мощностью пучка до 60 кВт и устройством концентрированного выпуска пучков в атмосферу . Валок диаметром 55 мм вращают с угловой скоростью 800 об/минHeat treatment of rolling rolls of steel are electron beam with an energy of 1.5 MeV, a current of 8 mA and a diameter of 2 mm on the surface of the roll. This provides a power density of 0.4 MW / cm2. An electron accelerator with a beam power of up to 60 kW and a device for the concentrated release of beams into the atmosphere is used. Roll with a diameter of 55 mm rotate with an angular speed of 800 rpm

и одновременно перемещают вдоль оси со скоростью 13 мм/с. При таком режиме термообработки обеспечиваетс  адиабэтичность нагрева поверхностно84and simultaneously move along the axis at a speed of 13 mm / s. In this mode of heat treatment, adiabetic heating of the surface is ensured84.

го сло  металла глубиной 0,7 мм (это глубина пробега электронов при энергии 1,5 МэВ), так как врем  нагрева каждой точки поверхностного сло  1 мс, а характерное врем  температуропроводности мс.metal layer with a depth of 0.7 mm (this is the electron mileage at an energy of 1.5 MeV), since the heating time of each point of the surface layer is 1 ms, and the characteristic time of thermal diffusivity is ms.

Дл  обосновани  конкретных значений режимов проведени  способа используют результаты термообработки боковых поверхностей цилиндрических образцов , изготовленных из стали в состо нии поставки. Образцы диаметром 65 мм укрепл ют в конусах-центрах и привод т во вращение электроприводом с регулируемым числом оборотов - от 90 до 5000 об/мин. Другим электро- приводом производ т поступательное движение образца со скоростью, обеспечивающей равномерность обработки цилиндрической поверхности. Электронный пучок генерируют ускорителем с выпуском в атмосферу и регулируемой мощностью пучка до 60 кВт.To substantiate the specific values of the mode of operation of the method using the results of heat treatment of the side surfaces of cylindrical specimens made of steel in the delivery state. Samples with a diameter of 65 mm are fixed in cones-centers and are driven in rotation by an electric drive with an adjustable speed from 90 to 5000 rpm. The other electric drive produces a progressive movement of the sample with a speed that ensures uniform processing of the cylindrical surface. The electron beam is generated by an accelerator with the release into the atmosphere and adjustable beam power up to 60 kW.

Пучок электронов выходит из выпускного устройства ускорител  расход щимс , угол расхождени  зависит от энергии электронов. Измен   рассто ние от выпускного устройства до образца, получают диаметр пучка на поверхности образца d 1 мм. Ток пучка определ ют расчетным путем из услови , чтобы температура каждой точки обрабатываемой поверхности достигала 1350°С..The electron beam escapes from the accelerator discharge device, the divergence angle depends on the electron energy. By changing the distance from the outlet device to the sample, a beam diameter on the sample surface is d 1 mm. The beam current is determined by calculation from the condition that the temperature of each point of the treated surface reaches 1350 ° C.

Физико-технические характеристики и режимы термообработки, а также результаты по микротвердости приведены в таблице, причем режимы 1,2,7 и 8 получены расчетным путем с помощью экстрапол ции экспериментальных резул |татов режимов 3-6 (режимы в примерах 1 и 8 имеют запредельные значени ).The physico-technical characteristics and heat treatment modes, as well as microhardness results are shown in the table, with modes 1,2,7 and 8 obtained by calculation using extrapolation of experimental results of modes 3-6 (modes in examples 1 and 8 have value).

Данные таблицы показывают что положительный эффект достигаетс  именно в указанных интервалах значений плотности мощности, энергии электродов , диаметра пучка и линейной скорости перемещени  поверхности издели  и отсутствует за их пределами.These tables show that the positive effect is achieved exactly in the indicated intervals of values of power density, electrode energy, beam diameter and linear velocity of the surface of the product and is absent.

Использование способа поверхностной термической обработки изделий обеспечивает по сравнению с известными повышение твердости в 1,5-2 раза, получение равномерной твердости по глубине упрочненного сло , а также повышение износостойкости поверхности ,в 3-4 раза.Using the method of surface heat treatment of products provides in comparison with the known increase in hardness by 1.5-2 times, obtaining uniform hardness over the depth of the hardened layer, as well as increasing the wear resistance of the surface, by 3-4 times.

51548215154821

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ поверхностного термического упрочнени  стальных изделий, включающий нагрев под закалку электронным пучком с заданными плотностью мощности , энергии электронов и диаметром и перемещение издели  относительно пучка, отличающийс  тем,The method of surface thermal hardening of steel products, including heating for quenching by an electron beam with given power density, electron energy and diameter, and moving the product relative to the beam, characterized in что, с целью улучшени  качества поверхности путем увеличени  глубины упрочненного сло  и равномерностиthat, in order to improve the surface quality by increasing the depth of the hardened layer and the uniformity 00 eight" распределени  твердости по глубине упрочненного сло , нагрев осуществл ют пучком с плотностью мощности 0,1-10 МВт/см2, энергией электронов 0,3-4,0 МэВ и диаметром пучкаthe hardness distribution over the depth of the hardened layer, heating is carried out with a beam with a power density of 0.1-10 MW / cm2, an electron energy of 0.3-4.0 MeV and a beam diameter d it (0,01-0,3)v, где v - скорость перемещени  издели d it (0,01-0,3) v, where v - the speed of movement of the product относительно пучка, м/с; # - врем  температуропроводности на глубину пробега электронов , с.relative to the beam, m / s; # - time of thermal diffusivity to the depth of the electron path, s. РежимMode 1one Лизико-техническиеPhysicotechnical характеристикиspecifications процессаprocess Энерги  электронов,Electron energy Параметры процесса упрочнени  по примеруThe parameters of the hardening process for example LIZTLrLTLCEL IiLIZTLrLTLCEL Ii МэВ0,2 0,3 0,8 1,2 1,5 2,4 4,0MeV0.2 0.3 0.8 0.8 1.5 2.4 4.0 2Ток пучка,мА 50 50 7,8 4,2 5 6 3,82 Beam current, mA 50 50 7.8 4.2 5 6 3.8 3Скорость перемещени  v, см/с 1200 1200 170 100 100 100 103 Movement speed v, cm / s 1200 1200 170 100 100 100 10 4Отношение d/v, мс 0,08 0,08 1 1 1 15 5 4D / v ratio, ms 0.08 0.08 1 1 1 15 5 5Глубина пробега5 Depth of run электронов, см 0,005 0,01 0,04 0,065 0,085 0,15 0,22 0,32electrons cm 0.005 0.01 0.04 0.065 0.085 0.15 0.22 0.32 6Врем  температуропроводности V, мс 0,05 0,2 10 18 22 80 245 5606V time of thermal diffusivity V, ms 0.05 0.2 10 18 22 80 245 560 7Отношение (d/v)/ 1,6 0,3 0,15 0,05 0,0450,0120,025 0,0097 Ratio (d / v) / 1.6 0.3 0.15 0.05 0.0450.0120.025 0.009 8Плотность мощности , МВт/см2 0,08 0,1 0,34 0,5 0,75 1,4 10 13,88 Density of power, MW / cm 2 0.08 0.1 0.34 0.5 0.75 1.4 10 13.8 9Глубина упрочнен0 ,03 0,2 0,4 0,5 1,0 1,8 Происходит9 Depth strengthened 0, 03 0.2 0.4 0.5 1.0 1.0 1.8 Occurs 5 4,25 4,2 10ten ного сло , ммfoot layer, mm НетNot 10ten 11eleven Усредненна  микротвердость , кгс/мм2 250 500 1200 1100 1000 950 500The averaged microhardness, kgf / mm2 250 500 1200 1100 1000 950 500 Отношение к исходной микротвердости - коэффициент упрочнени Relation to the initial microhardness - hardening coefficient 1 2JO 4,8 4,51 2JO 4.8 4.5 3,83.8 Примечание. При диаметре пучка на поверхности образца 0,45 ммNote. With a beam diameter on the sample surface of 0.45 mm Параметры процесса упрочнени  по примеруThe parameters of the hardening process for example 5 4,25 4,2 10ten проплавление поверхностиsurface melting 3,83.8 то UOQ юооthen uoq yooo 800 600800 600 хгфмhgfm | liQO| liQO 0,51,0 ми0.51.0 mi Глубина упрочненною сло Depth of hardened layer
SU884450512A 1988-05-16 1988-05-16 Method of surface thermal strengthening of steel articles SU1548218A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884450512A SU1548218A1 (en) 1988-05-16 1988-05-16 Method of surface thermal strengthening of steel articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884450512A SU1548218A1 (en) 1988-05-16 1988-05-16 Method of surface thermal strengthening of steel articles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1548218A1 true SU1548218A1 (en) 1990-03-07

Family

ID=21385540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884450512A SU1548218A1 (en) 1988-05-16 1988-05-16 Method of surface thermal strengthening of steel articles

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1548218A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016074665A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-19 Sms Group Gmbh Segment roller comprising a surface hardened by electron beam for strand or strip casting systems; strand or strip casting system comprising such segment rollers
RU2704051C1 (en) * 2018-10-23 2019-10-23 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Method and apparatus for surface hardening of heads of active railway steel rails
RU212233U1 (en) * 2020-12-10 2022-07-12 Михаил Александрович Петровичев Device for fixing electric cable to tubing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР Р 926032, кл. С 21 D 1/06, 1982. Авторское свидетельство СССР № 908851, кл. С 21 D 1/09, 1982. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016074665A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-19 Sms Group Gmbh Segment roller comprising a surface hardened by electron beam for strand or strip casting systems; strand or strip casting system comprising such segment rollers
RU2704051C1 (en) * 2018-10-23 2019-10-23 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Method and apparatus for surface hardening of heads of active railway steel rails
RU212233U1 (en) * 2020-12-10 2022-07-12 Михаил Александрович Петровичев Device for fixing electric cable to tubing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SU1548218A1 (en) Method of surface thermal strengthening of steel articles
Klueh et al. Heat treatment effects on impact toughness of 9Cr–1MoVNb and 12Cr–1MoVW steels irradiated to 100 dpa
JPS6320192A (en) Surface roughening method for cold rolling roll
Kirichek et al. Effect of Wave Thermal Deformation Hardening on the Microhardness of the Surface Layer of Steel Parts
JPS62110881A (en) Surface roughening method for cold rolling roller
JP2981384B2 (en) Steel strip carburizing method
JPH08158038A (en) Continuous plasma treating device of metallic strip
RU2793172C1 (en) Method for ionic nitration of thin-sheet products with ultra-fine-grained structure in magnetic field
JP2002235112A (en) Heat treatment method for steel material and heat treatment apparatus
Khafizov et al. The influence of plasma power with a liquid electrode on the microhardness of gray cast iron
SU1548219A1 (en) Method of thermal strengthening of steel articles
JPS62158586A (en) Surface roughening for cold rolling roll
JPS56150127A (en) Direct normalizing method
JPS63123586A (en) Surface roughing method for roll for cold rolling
KR0162029B1 (en) Surface hardening method of hot rolling roll
SU1560406A1 (en) Method of producing sintered articles based on iron
SU1731831A1 (en) Method for heat treatment of rolling mill rolls
RU2070586C1 (en) Method of correcting and rolling rolls treatment
RU2121004C1 (en) Laser-thermal technique for treating carbon steels
SU885302A1 (en) Method of thermal treatment of rollers
Xu et al. Studies on selective laser quenching by high repetition frequency lasers with scanning galvanometer
SU659637A1 (en) Method of heat treatment of articles
Kremnev et al. Laser Beam Hardening of Gage Blocks
JPH0881713A (en) Method for spheroidizing carbide in steel by direct electric heating
SU1534066A1 (en) Method of treating articles