со
4i
СО Изобретение относитс к области машиностроени и может быть использовано при термической обработке стальных изделий, изготовленных из конструкционных марок сталей. Известен способ закалки стали, включающий нагрев, вьщержку и охлаждение , при этом по мере повьшени скорости охлаждени в мартенситном интервале веро тность образовани закалочных трещин сначала увеличиваетс до максимального значени , а затем снижаетс до нул . Кроме того, установлено, что дл каждой марки стали существует вполне определенна скорость охлаждени в мартенситном интервале, за пределами которой наблюдаетс повьппение предел прочности с одновременным улучшением пластических .свойств материала. Объ сн етс это тем, что интенсификаци процессов теплообмена в мартенситном интервале равноценна низкотермическо термомеханической обработке (НТМО), котора упрочн ет материал. Действительно , в переохлажденном аустените возникают пластины мартенсита с боль шим удельньм объемом, в результате чего происходит пластическа деформа ци аустенита, наход щегос между пластинами мартенсита, что приводит к заметному упрочнению материала. Вы сока скорость охлаждени в мартенситном интервале достигаетс путем закалки изделий в электролитах, потоке воды, интенсивном душе, сжиженных газах, в емкост х с жидкостью, вибрирующей с резонансной частотой, и другими способами. . Известен способ термической обработки инструмента, включающий закалку обработку холодом в жидкой среде , например в жидком азоте или триэтаксисилане , при температуре от -150 до -269°С. Этот способ позвол ет повысить износостойкость инструментаблагодар его обработке глубоким холодом приударном погружении инструмента в криогенную жидкость Указанный способ закалки неприменим дл конструкционных сталей, , мартенситные превращени в которых протекают при высоких температурах. Известно, что чем вьше начальна температура мартенситных превращений , тем вьше должна быть скорость охлаждени в мартенситном интервале. чтобы мог наблюдатьс обнаруженный эффект упрочнени стали. При охлаждении конструкционных сталей в криогенной жидкости из-за интенсивного образовани газовой пленки не может быть создана высока скорость охлаждени в мартенситном интервале, в результате чего эффекта упрочнени не наблюдаетс . При закалке конструкционных сталей в интенсивно охлаждающих средах, например, в холодной циркул ционной воде, несмотр на высокий коэффициент теплоотдачи, наблюдаетс задержка мартенситных превращений при пузырьковом кипении, в /процессе которого температура поверхности охлаждаемого тела долгое врем , измен сь незначительно, поддерживаетс на уровне кипени . В этих услови х происходит разупрочнение закаленной стали, а скорость охлаждени поверхностных слоев минимальна. В то же врем в охлаждаемом теле, благодар высокому градиенту температур, действуют высокие термические и структурные напр жени , привод щие к образованию закалочных трещин и короблению закаливаемых деталей. Целью изобретени вл етс повышение механических свойств и предотвращение трещинообразовани . Указанна цель достигаетс тем, что в способе закалки стали с содержанием углерода до 0,6%, включающем нагрев, вьодержку и охлаждение в жидкой среде, охлаждение ведут с вьщержкой равной периоду пузырькового кипени жидкой среды при температуре ее кипени , соответствующей N(,(50200 с), а затем - со скоростью ЗП600Vc . Температуру поверхности охлаждаемого издели с помощью давлени или всевозможных добавок к воде в процессе пузырькового кипени поддерживают на уровне, при котором в переохлажденном аустените образуетс не более 25% мартенсита. Анализ термокинематических диаграмм конструкционных сталей показал, что дл большинства марок сталей 25% мартенсита в переохлажденном аустените образуетс при температуре, котора находитс в преелах М., (50-200°С)с. . -Л После, окончани пузырькового кипени процесс охлаждени закаливаемого издели продолжаетс при высокой 37 скорости охлажд,ени в мартенситном интервале, например в интенсивном потоке жидкости, в криогенной среде, вибрирующей с резонансной частотой, и другими способами. Скорость охлаждени закаливаемой детали после выдержки при температур кипени жидкости должна превьппать, в зависимости от марки стали, опре ,деленное значение, за пределами которого и наблюдаетс упрочнение стали , Дп высоколегированных среднеуглеродистых марок сталей типа 40ХН2МА эта скорость находитс в пределах 60 80 С/с дл стали 45 она превьшает 300°С/с дл стали 20-600°С/с. Дл легированных сталей с содержанием углерода до 0,6%, как например , дл стали 60С2А эта скорость снижаетс до . Изотермическа выдержка при темпе ратуре кипени жидкой среды, срответ 1ствую1цей температуре Мн(50-200°С)с устран ет возможность образовани закалочных трещин, возникающих под воздействием высоких термических нап р жений и уменьшает деформацию, обус ловленную незначительным образованием мартенсита (25%) в переохлажденнон , аустените. Кроме того, задержка мартенситных превращений при изотермической вьщержке создает предпосылк дл взрывоопасного характера превращени при последующем охлаждении, что приводит к резкому упрочнению материала. Насколько важно рассчитать температуру и продолжительность выдержки видно из таблицы, где показано вли ние продолжительности выдержки на прочностные характеристики стали 60С2А. С повышением продолжительности выдержки (по расчетным и экспериментальным данным это врем равно примерно 1 с) прочность стали 60С2А понижаетс . Пример. Стержень диаметром 6 мм из стали 60С2А охлаждают от температуры в 60%-ном водном растврре CaClj, а затем к концу пузырькового кипени стержень перебрасывают в емкость с жидким азотом, вибрирзгющую с резонансной частотой. После полного отсасывани и после дующего отпуска при температуре 460 прочность стали 60С2А увеличилась на 30 кгс/мм при сохранении ее высоких пластических свойств. При указанной концентрации температура поверхности стержн в процессе пузырькового кипени поддерживаетс на уровне 160-180 С, поэтому образуетс не более 25% мартенсита. Пример 2. Полуось диаметром 62 мм из стали 45 со шлицевой поверхностью на концах равномерно прогреваетс до, температуры 860 С и помещаетс в специальную камеру, в которой создаетс давление (5-7)10 Па при скорости перемещени воды в камере 1-2 м/с. По истечении 3 с давление в камере понижаетс почти до атмосферного (путем открыти заслонки в камере) и деталь продолжает охлаждатьс в течение 30 с в интенсивном потоке воды, движущейс со скоростью 8-10 м/с. В результате описанной технологии устран етс возможность образовани закалочных трещин на шлице, повьш1аетс долговечность работы полуосей при циклических нагрузках, уменьшаетс коробление полуосей. П р и м е р 3. Проволока диаметром 4 мм из стали 20 нагреваетс электрическим током до температуры 900-9 Ю С и прот гиваетс через специальное охлаждающее приспособление, состо щее из двух камер. В первой камере поддерживаетс давление воды (10-12)10 Па, а во второй камере создаетс поток воды до 10 м/с. . В первой .камере происходит задержка превращени аустенита в мартенсит, а во второй камере создаетс высока скорость охлаждени в мартенситном интервале, превьппающа то значение, за пределами которого происходит заметное упрочнение стали. Расчеты показывают, что скорость охлаждени в мартенситном интервале на втором этапе охлаждени можно регулировать в широком диапазоне 30600°С/с . . Предложенный способ позвол ет повысить прочностные свойства стали, благодар чему повьш1аетс изностой- кость и долговечность работы изделий примерно в 5 раз.
57972436
Механические свойства различных марок сталей при закалке (высококонцентрированный раствор CaCl - жидкий азот)