способ термической обработки изделий типа штоков

Классы МПК:C21D1/06 поверхностная закалка 
C21D1/46 соляные ванны 
C21D1/42 индукционный нагрев 
C21D9/28 гладких валов 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-03-05
публикация патента:

Изобретение относится к металлургии и может использоваться при термической обработке изделий типа штоков. Для повышения физико-механических свойств штоков и увеличения срока службы осуществляют нагрев штока под закалку в соляных ваннах, охлаждают, затем подвергают отпуску и отмывке. После отмывки проводят поверхностную закалку штока с нагревом токами высокой частоты до температуры 950-1000°С при частоте вращения изделия n=100-130 мин -1 и перемещении S=250-320 мм/мин. 4 табл., 2 ил.

способ термической обработки изделий типа штоков, патент № 2491355 способ термической обработки изделий типа штоков, патент № 2491355

Формула изобретения

Способ термической обработки изделия типа штока, включающий нагрев под закалку в соляной ванне, охлаждение, отпуск, отмывку и дополнительную закалку, отличающийся тем, что дополнительную закалку осуществляют путем нагрева поверхности штока токами высокой частоты до 950-1000°С при частоте его вращения 100-300 мин -1 и скорости перемещения 250-320 мм/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может использоваться при комбинированном упрочнении изделий с повышенной износостойкостью.

Известен способ термической обработки штоков [1], включающий закалку стали на мартенсит до температуры, превышающей А3, затем следует подогрев всего сечения изделия до 130-250°С и скоростной нагрев (10-50°С/сек) до температуры T1 - 30°С с последующей повторной закалкой.

Недостатками способа являются низкие эксплуатационные свойства (срок службы 1 год), низкая твердость и прочность штоков.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных и физико-механических свойств штоков введением поверхностной закалки токами высокой частоты, что увеличивает срок службы штоков до 5 лет и повышает физико-механические свойства.

Техническая задача решается тем, что в способ термической обработки изделий типа штоков, включающий нагрев под закалку в соляных ваннах, охлаждение, отпуск и отмывку, затем производят поверхностную закалку поверхности при t=950-1000°С токами высокой частоты при частоте вращения детали 100-130 мин -1 и скорости перемещения 250-320 мин/м.

Для пояснения способа на фиг.1 показана исходная структура образца, увеличение 500., на фиг.2 показана микроструктура упрочненного слоя образца, закаленного по 2 режиму, а - поверхностный слой, б - сердцевина, увеличение 630.

Способ осуществляют следующим образом:

Детали: образцы из стали 5, способ термической обработки изделий типа штоков, патент № 2491355 16 штоки компрессионной установки

1. Нагрев до 880°С в растворе 75% BaCl2+25% NaCl выдержка 8 минут.

2. Закалка в масло индустриальное И-20.

3. Отпуск в расплаве солей 50% KNO3+50% NaNO3 при 550°С два крата по 60 минут.

4. Отмывка солей.

5. Поверхностная закалка токами высокой частоты по различным режимам.

Повышение износостойкости штока обеспечивается за счет упрочнения поверхности, которую выявили при микроскопическом анализе.

Изучение микроструктуры упрочненных образцов проводили на металлографическом микроскопе ММР-2 с последующим фотографированием.

Анализ микроструктур показывает, что в процессе поверхностной закалки происходит измельчение зерен с поверхности, по краю образца структура ничем не отличается от той, которая в сердцевине, то есть имеет место однородная структура.

После проведения поверхностной закалки ТВЧ мы видим совершенно другую микроструктуру края образцов, получилась переходная зона, которая образовалась в процессе поверхностной закалки. Структура упрочненного слоя представляет собой мелкоигольчатый мартенсит с твердостью 66,5 HRC, структура сердцевины осталась без изменения.

По результатам анализа микроструктуры закаленных образцов штоков, можно сделать вывод, что наиболее благоприятной структурой обладают образцы, прошедшие поверхностную закалку ТВЧ по режиму 1 при частоте вращения детали n=130 мин-1 и перемещении S=320 мм/мин, что соответствует температуре нагрева от 950 до 980°С, время перемещения 20 с. Также данный образец имеет небольшую переходную зону 1,2-1,5 мм, с твердостью 45-50 HRC. По сравнению с другими образцами, этот образец имеет более равномерное распределение твердости как на поверхности, так и в области переходной зоны, и более равномерную глубину закаленного слоя и переходной зоны. Величина коробления составляет в пределах до 0,05 мм.

После закалки на поверхности измерили твердость по методу Роквелла. Результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1
№ образцаТвердость на поверхности, HRC
1 укол 2 укол3 укол Средняя
14544 5046
24343 4744
34855 5452
44356 4548
54853 4850
64951 4950
74955 5252
84649 4848

По режиму 2 поверхностной закалки (S=300 мм/мин, n=115 мин -1) температура нагрева составляла примерно 980-1000°С, время перемещения детали 22 с. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2
№ образцаТвердость на поверхности, HRC
1 укол 2 укол3 укол Средняя
15759 5958
25560 6057
36060 6060
46059 5959
55255 5855
65758 6159
75458 5955
85559 5857

При этом структура переходной зоны представляла собой трооститную смесь. Твердость переходного слоя составляет от 55 до 60 HRC.

По режиму 3 поверхностной закалки (S=250 мм/мин, n=100 мин-1) температура нагрева составляла примерно 1000°С, время перемещения детали 24 с. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3
№ образцаТвердость на поверхности, HRC
1 укол 2 укол3 укол Средняя
16466 6063
26260 6763
36767 6867
46767 6968
55961 6562
66568 6867
76163 5961
86066 6463

При этом структура переходной зоны представляла собой трооститно-сорбитную смесь. Твердость переходного слоя составляет от 60 до 69 HRC.

В связи с поверхностной закалкой максимальная глубина прокаливания составляет от 0,2 до 0,5 мм и данный поверхностный слой имеет более высокую твердость, при этом площадь живого сечения снижается всего на 12%, что не существенно может сказаться на снижение ударной вязкости.

Таким образом, по сравнению с прототипом, заявляемый способ термической обработки изделий типа штоков, вследствие использования после изотермической закалки поверхностной закалки токами высокой частоты, обеспечивает повышение твердости в 2 раза и сроков эксплуатации в 5 раз за счет использования поверхностной закалки токами высокой частоты, что повышает физико-механические свойства штоков в 2-3 раза, что отражено в таблице 4.

Таблица 4
Режимt, °C n, мин-1Твердость, HRC
Прототип --20
Заявляемый 1 режим 950-98013040-45
Заявляемый 2 режим 980-1000115 55-60
Заявляемый 3 режим 1000100 60-65

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2491355

patent-2491355.pdf

Класс C21D1/06 поверхностная закалка 

шестерня и способ ее изготовления -  патент 2507298 (20.02.2014)
устройство для плазменной обработки плоских изделий -  патент 2490334 (20.08.2013)
способ упрочнения лемехов плугов -  патент 2460810 (10.09.2012)
способ электромеханической обработки деталей машин -  патент 2457258 (27.07.2012)
способ термической обработки деталей из конструкционной стали пониженной и регламентированной прокаливаемости -  патент 2450060 (10.05.2012)
способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей -  патент 2439172 (10.01.2012)
нитроцементированная стальная деталь с индукционной закалкой с повышенной усталостной прочностью поверхности при высокой температуре и способ ее производства -  патент 2437958 (27.12.2011)
способ электромеханической обработки деталей машин -  патент 2414514 (20.03.2011)
способ закалки стальных изделий -  патент 2386705 (20.04.2010)
стальной элемент, способ его термической обработки и способ его получения -  патент 2374335 (27.11.2009)

Класс C21D1/46 соляные ванны 

Класс C21D1/42 индукционный нагрев 

способ термомеханической обработки -  патент 2519343 (10.06.2014)
способ термообработки оправок трубопрокатных станов -  патент 2511452 (10.04.2014)
нагревательное устройство, устройство для термообработки и способ нагрева -  патент 2510996 (10.04.2014)
стенд для закалки валов и трубных деталей -  патент 2499058 (20.11.2013)
способ закалки колец подшипника качения и подшипник качения -  патент 2493269 (20.09.2013)
способ и установка термической обработки рельсов -  патент 2487177 (10.07.2013)
способ и установка термической обработки рельсов -  патент 2484148 (10.06.2013)
устройство для поверхностной закалки кольца подшипника -  патент 2477757 (20.03.2013)
электроконтактная установка термической обработки и правки растяжением труб, прутков и профилей -  патент 2453613 (20.06.2012)
индуктор непрерывного действия для симметричного нагрева изделий шарообразной формы -  патент 2453612 (20.06.2012)

Класс C21D9/28 гладких валов 

способ термообработки оправок трубопрокатных станов -  патент 2511452 (10.04.2014)
ось из бесшовной трубы для железнодорожного транспортного средства и способ изготовления оси из бесшовной стальной трубы для железнодорожного транспортного средства -  патент 2487951 (20.07.2013)
способ плазменной обработки тела вращения -  патент 2482195 (20.05.2013)
подвижный элемент стенки в форме стержня выпускного клапана или поршня для двигателя внутреннего сгорания и способ изготовления такого элемента -  патент 2434146 (20.11.2011)
способ поверхностного упрочнения цилиндрических деталей из закаливающихся сплавов -  патент 2431684 (20.10.2011)
способ термосиловой обработки длинномерных осесимметричных деталей -  патент 2387719 (27.04.2010)
устройство для термосиловой обработки осесимметричных деталей -  патент 2381282 (10.02.2010)
устройство для термосиловой обработки осесимметричных деталей -  патент 2381281 (10.02.2010)
способ упрочнения рабочей поверхности стальных деталей -  патент 2374332 (27.11.2009)
полуавтомат для непрерывно-последовательной закалки цилиндрических деталей индукционным нагревом -  патент 2266339 (20.12.2005)
Наверх