СПОСОБ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
METHOD OF TEMPERING OF PRODUCTS FROM METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в области машиностроения и других отраслях промышленности для получения качественных стабильных характеристик и свойств используемых в производстве изделий и материалов.
Изобретение может быть использовано при производстве деталей из черных и цветных металлов и сплавов для придания им стабильных физических и эксплуатационных характеристик за счет использования закалочной среды, которая позволяет получать адиабатный термоизолирующий слой на их поверхности, создавая адиабатный объем для протекания процесса рекристаллизации материалов.
В качестве закалочной среды предлагается использовать минеральный раствор, состоящий из 10-35% силикатов, 1-15% хлоритов, 5-25% боратов и воды.
Известен способ закалки металлических изделий, включающий нагрев изделия до температуры аустенизации и охлаждение в закалочной среде в виде водовоздушной пены, подачу которой осуществляют по всей поверхности закаливаемого изделия с помощью спрейера с обеспечением регулируемого и управляемого отвода тепла от поверхности изделия (RU №2353669С2, C21D 1/667, 27.04.2009).
Однако данное техническое решение не может обеспечить стабильную кристаллизацию металлов при закалке, потому что пенная среда не имеет сплошной однородной структуры, не может обеспечить равномерный теплоотвод и не может сформировать равномерных кристаллических связей материала изделия.
Известна закалочная среда, в которой раскрыт способ закалки инструмента из чугуна, включающий нагрев инструмента до температуры закалки и погружение их в закалочную среду, содержащую медный купорос, ледяную кислоту, хлористый натрий, нитрат натрия и воду, обеспечивающую на поверхности инструмента образование адсорбционной пленки, которая создает равномерный теплоотвод и охлаждение, что приводит к стабильности структуры (RU 2130083C1, C21D 1/60, 10.05.1998).
Однако указанная закалочная среда не может создать адиабатный объем изделия, погруженного в закалочную среду, и сформировать термозащитную оболочку, не может обеспечить прекращение теплопередачи между оболочкой (пленкой) и закалочной средой ввиду ее недостаточной теплозащитной способности для протекания адиабатных рекристаллизационных процессов.
Задачей настоящего изобретения является:
- создание способа закалки, способного в режиме интенсивной кристаллизации создать адиабатный слой (оболочку), что позволит осуществить системную межмолекулярную и межатомарную перестройку структуры металла, используя эффект равновесного градиента температур замкнутого объема;
- создание закалочной среды, способной образовывать адиабатный слой (оболочку) при воздействии высокой температуры закаливаемого изделия.
Предлагаемое изобретение исключает все указанные недостатки прототипов, обеспечивает получение стабильных результатов закалки и делает возможным получение изделий с гарантированными параметрами (свойствами).
Техническим результатом изобретения является получение стабильных результатов закалки и повышение механических свойств.
Для достижения технического результата заявлен способ закалки стальных изделий, включающий нагрев изделий до температуры аустенизации, погружение изделий в закалочную минеральную среду, содержащую, мас. %: силикаты 10-35, хлориды 1-15, бораты 5-25, вода - остальное, выдержку в указанной среде в течение 10-60 с с обеспечением формирования адиабатной оболочки, извлечение изделия из закалочной среды и последующую изотермическую выдержку на воздухе в течение 8-72 часов.
Использование в изобретении минерального состава, состоящего из водного раствора силикатов, боратов, хлоритов, в пропорциях, специально подобранных для обработки определенных металлов и сплавов, способствует при воздействии на него высоких температур нагретой детали образовывать на ее поверхности термостойкий слой, толщиной от 0,5 до 3 мм, препятствующий теплообмену между изделием и закалочной и внешней средами.
Применение настоящего способа возможно как при изготовлении серийных деталей незначительных размеров (подшипники, кольца, пружины и т.д.), так и при упрочнении крупногабаритных изделий (рельсы, валы, колеса и прочее).
Способ заключается в нагреве изделия до точки аустенизации металла, в последующем полном погружении нагретой детали в закалочный раствор, в формировании термозащитного адиабатного слоя (оболочки), в возникновении адиабатного объема и активации энергетического взаимодействия между частицами и обеспечении последующего протекания процесса рекристаллизации металла.
Процесс закалки изделия в закалочной среде осуществляется в течение 10-60 секунд с одновременным формированием термозащитного адиабатного слоя.
После заданной технологической выдержки в закалочной среде, изделие извлекается из закалочной ванны для прохождения процесса автоматической рекристаллизации в сформированном адиабатном объеме.
Выдержка изделия, без удаления термозащитного слоя, проводится до завершения процесса изменения структуры металла в течение от 8 до 72-х часов.
Способ данной термической обработки обеспечивает получение высококачественной кристаллической структуры с повышенными эксплуатационными свойствами.
На примере обработки корпусов, изготовленных из стали 40Х и закаленных данным способом, можно сделать вывод, что качество изделий и их характеристики повышаются на 25-30%, без изменения химического состава материала, при твердости корпуса 62-63 HRC, при сигме изгиба 780 кг/мм кв. и увеличении износостойкости изделия на 28%.
Использование данного способа и получение высококачественной структуры и характеристик изделий позволит значительно увеличить эксплуатационный ресурс выпускаемой продукции, повысить ее надежность, сроки эксплуатации и расширить сферы ее применения.