СПОСОБ ЗАКАЛКИ ДЕТАЛЕЙ
PROCEDURE FOR PARTS QUENCHING

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу термической обработки пластин для изготовления шаблонов, применяемых для измерения геометрических размеров рельсовой продукции.
Известен также способ закалки, заключающийся в том, что нагретая деталь укладывается между нижней и верхней половинами штампа, которые опускаются в закалочный бак, при этом обе части штампа замыкаются и в пространство между ними по каналам подается жидкость для закалки детали. Недостатком этого решения является то, что в процессе охлаждения верхняя и нижняя стороны детали находятся в разных условиях теплообмена, что приводит к короблению детали. Сложность составляющих механизмов конструкции снижает надежность работы устройств [1].
т
т
Известен способ термической обработки деталей [2], включающий нагрев и охлаждение в штампе путем подачи охлаждающей среды через отверстия штампа. С целью повышения производительности и снижения коробления деталь зажимают в штампе с усилием, создающим давление, р=(0,01-0,9) σ, где σ - предел текучести материала детали, а между штампом и поверхностью детали охлаждающей средой создают давление, производящее общее распирающее усилие, величина которого равна усилию зажатия детали в штампе.
Недостатком данного способа является то, что применяемое в качестве закалочной среды масло с регламентированной температурой и вязкостью может быть использовано только для закалки ряда легированных сталей. Скорость охлаждения указанной среды недостаточна для закалки заготовок из углеродистой стали, она не обеспечит требуемую твердость и прочность металла. Процесс достаточно трудоемкий, требует необходимости точного соблюдения зазора между штампом и поверхностью детали, возможно наличие пятнистости, если давление масла уменьшится. Также наблюдается достаточно большой расход масла при закалке, что значительно ухудшает экологическую атмосферу в цехе.
1
Известен способ закалки плоских деталей [3] - прототип, заключающийся в том, что нагретые детали размещают на 5-10 мм выше уровня закалочной среды в баке, зажимают между матрицей и пуансоном пресса, подстуживают до температуры Ac и мгновенно поднимают уровень закалочной жидкости в баке на 10-12 мм выше уровня детали. Недостатком данного способа является недостаточная и неравномерная твердость детали из-за ее нахождения при закалке в прессе.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются уменьшение коробления и повышение твердости деталей (шаблонов).
2
Для этого предлагается способ закалки, включающий нагрев до заданной температуры, термоправку с усилием 1 H/м в течение 110-140 сек, выдержку на воздухе 20-40 сек, затем деталь зажимают в зажиме и погружают в вертикальном положении в закалочный бак с водой при температуре 20-60°C.
2
Термоправка с усилием 1 H/м выбрана из условия устранения коробления пластины при ее закалке. Заявляемые пределы выбраны экспериментальным путем, исходя из требований к плоскостности и твердости углеродистой стали. Увеличение длительности термоправки более 140 сек приводит к снижению температуры закалки и как следствие к низкой твердости пластин шаблонов. При термоправке, выполняемой за меньшее время, не достигается требуемая плоскостность пластин шаблонов. Выдержка пластины после термоправки на воздухе в заданных пределах обеспечивает выравнивание температуры и способствует получению равномерной твердости при закалке. Увеличение или уменьшение времени выдержки приводит к ухудшению закалки пластин и получению низкой или неравномерной твердости.
Вода выбрана в качестве закалочной жидкости исходя из условия необходимости получения на поверхности шаблонов достаточно высокой твердости 58-60 HRC, образования мелкоигольчатого мартенсита или троостомартенсита. С повышением температуры воды выше 60°C наблюдается снижение твердости пластин шаблонов. Закалка в воде при температуре менее 20°C приводит к короблению и образованию закалочных трещин.
Заявляемые пределы подобраны экспериментальным путем, исходя из требований к микроструктуре, механическим свойствам и твердости углеродистой стали.
Способ был реализован в промышленных условиях на шаблонах для рельсов типа Р65. Пластины размером 300×300 мм из стали марки 50 нагревали до температуры 1000-1100°C, осуществляли термоправку в двух плоскостях при помощи бойка, после правки пластины выдерживали на воздухе и погружали в закалочный бак, наполненный водой. Строго в вертикальном положении производили закалку металла в течение 1 минуты, и сразу же металл подвергали отпуску при температуре 200°C в течение 2 часов. После термической обработки исследовали микроструктуру металла и замеряли твердость.
Технологические параметры термической обработки пластины для шаблонов приведены в таблице 1. Результаты исследований микроструктуры и значения твердости в таблице 2.
Источники информации
1. AC SU №1068507 A, кл. C21D 1/673.
2. AC SU №1184857 A, кл. C21D 1/673.
3. RU №2105822 C1, кл. C21D 1/673, 9/46.
Таблица 1
Технологические параметры закалки
№
Время термоправки, сек
Время выдержки, сек
Температура воды, °C
1
120
20
20
2
140
25
60
3
110
40
45
4
110
35
25
5
115
23
45
6
135
38
60
7
125
28
30
8
120
29
40
Таблица 2
Результаты исследований микроструктуры и замеров твердости
№
Микроструктура
Твердость на поверхности, HRC
1
Мартенсит
60
2
мартенсит
60
3
Мартенсит
58-60
4
Троостит + мартенсит
57-60
5
Мартенсит + троостит
56-60
6
Троостит + мартенсит
58-60
7
Мартенсит + троостит
56-60
8
Троостит + мартенсит
58-60