Патент на изобретение №2384628
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области термической обработки стали и может быть использовано при закалке рельсов. Для ликвидации вредных выбросов в атмосферу термических цехов, повышения сопротивления хрупкому и усталостному разрушению, снижения трещинообразования при закалке изделий в качестве охлаждающей жидкости применяют воду структурированную с приложением к воде и закаливаемому изделию ультразвуковых колебаний с частотой 18-21 кГц.
Изобретение относится к способам термической обработки и может быть использовано в производстве мелкоштучных и длинномерных изделий, в частности для закалки рельсов. Известен способ закалки с охлаждением изделий в масляной ванне с температурой 20-70°С [1]. Недостатком этого способа является огнеопасность среды и вредное воздействие на рабочий персонал. При введении металлического изделия в масляную ванну и при извлечении из ванны наблюдается возгорание масла при контакте с воздушной средой, в результате изделия покрываются масляным нагаром в виде сажи. Кроме этого при нагревании масел происходят превращения его в другие химические соединения. Свойства вновь образующихся веществ существенно отличны от свойств применяемого масла и, следовательно, меняются охлаждающие свойства закалочной среды. Дополнительным недостатком известного способа является огнеопасность и вредное воздействие на человека. Полученный закалочный слой (сорбит закалки) имеет небольшую глубину, всего 2-3 мм. Наиболее близким к предлагаемому является способ термической обработки, в котором охлаждение изделий происходит в водных растворах сополимера метаакриловой кислоты с акрилонитрилом, 2-3% [2]. Недостатки этого способа заключаются в использовании для закалки органических соединений, которые испаряются при нагревании, что приводит к загазованности цехов органическими веществами. Наблюдается горение органических веществ на поверхности металла и разложение сложных органических веществ с образованием новых соединений, которые обладают различной теплоемкостью и теплопроводностью, что приводит к неравномерному структурному изменению изделия. Кроме этого органические вещества в атмосфере вредят здоровью человека. При разложении акрилонитрила наблюдается выделение очень опасных веществ оксидов азота. Задача, решаемая изобретением, состоит в исключении вредного воздействия на окружающую среду и повышении качества термообработанных изделий. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в оптимизации состава закалочной среды, снижении трещинообразования, повышении сопротивления хрупкому и усталостному разрушению изделий, исключении вредного воздействия на окружающую среду. Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата способ включает нагрев, выдержку и охлаждение изделий, в качестве охлаждающей среды применяют воду структурированную с приложением к воде и закаливаемому изделию ультразвуковых колебаний с частотой 18-21 кГц. Охлаждение поверхности рельса структурированной водой в ультразвуковом поле упрочняет закаливаемое изделие. Ультразвуковое поле одновременно способствует “сдиранию паровой рубашки” и непосредственному контакту поверхности рельса с охлаждающей структурированной жидкостью. Продолжительность закалки составляет 5 минут. Согласно исследований авторов максимальный эффект закалки наблюдается при наложении ультразвука с частотой колебаний 18-21 кГц. Снижение частоты колебаний ультразвука ниже 18 кГц и повышение более 21 кГц снижают качество закалки, приводящее к снижению износостойкости и появлению микротрещин. Применение предлагаемого способа позволяет ликвидировать выбросы вредных веществ в атмосферу, которые образуются при закалке изделий в масле, в смесях органических веществ с водой. В результате повышения температуры закалочной среды, масла и водные смеси с органическими веществами разлагаются на ряд иных веществ, у которых свойства отличны и, прежде всего, теплоемкость и теплопроводность, в результате наблюдается неравномерная закалка на поверхности изделий. Дополнительно, все вновь образующиеся вещества и исходные масляные охладители являются горючими материалами и при извлечении изделий из закалочной ванны они воспламеняются и испаряются. Закалка по предлагаемому способу не приводит к появлению указанных недостатков. Пример. Рельсовая сталь марки М60 нагревается в термической печи до температуры 810-820°С и помещают в закалочную ванну. У закалочной ванны имеется днище с прикрепленными магнитострикционными преобразователями марки ПМС-6М, которые подсоединены к ультразвуковому генератору УЗГ 10-22. Пластины – волноводы преобразователей ПМС-6М покрыты слоем серебра. Воду перед закалкой обрабатывают ультразвуковыми колебаниями в течение 5-10 минут. В течение этого периода происходит структурирование воды ионами серебра. После разогрева до 810°С опытный образец помещают в закалочную водяную ванну на работающие пластины – волноводы преобразователей ПМС-6М. В этот период происходит интенсивное охлаждение поверхности рельса структурированной водой в ультразвуковом поле. Ультразвуковое поле одновременно способствует “сдиранию паровой рубашки” и непосредственному контакту поверхности рельса с охлаждающей структурированной жидкостью. Продолжительность закалки составляет 5 минут. Далее производится отпуск рельса при 485°С в течение 2 часов. По окончанию экспериментов металлографическими исследованиями установлено: структура металла – сорбит закалки. Визуальными наблюдениями и под микроскопом трещин не обнаружено. Ультразвуковыми исследованиями трещин не обнаружено. Твердость металла увеличилась (НВ) на 15%. Вязкость возросла на 10%. Техническим результатом предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом является: ликвидация выбросов в атмосферу цеха вредных веществ; увеличение трещиностойкости, твердости и вязкости опытных образцов металла, снижена истираемость. В итоге увеличен срок безаварийной службы рельсов. Источники информации 2. Недовизий И.Н., Кузнецов Н.А., Крылов С.А. Способ термической обработки длинномерных изделий. Пат. РФ
Формула изобретения
Способ закалки изделий из стали, преимущественно высокоуглеродистой стали, включающий нагрев, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что в качестве охлаждающей среды используют структурированную воду с приложением к воде и закаливаемому изделию ультразвуковых колебаний частотой 18-21 кГц.
|
||||||||||||||||||||||||||
2044067, С21D 1/56, 1995.