Спосіб термічної обробки сталевих виробів

Спосіб термічної обробки сталевих виробів з використанням електромагнітного поля, який включає попередню деформацію, нагрів до температури відпалу, витримку до одержання необхідної структури, охолодження, який відрізняється тим, що діють електромагнітним полем з частотою, яка відповідає власній резонансній частоті оброблюваної сталі, перед відпалом, під час відпалу, а також при охолодженні виробів. (19) (21) 2000116851 (22) 30.11.2000 (24) 16.07.2001 (33) UA (46) 16.07.2001, Бюл. № 6, 2001 р. (72) Шварцман Леонід Якович, Краснобрижев Віктор Георгійович, Семенов Олег Сергійович (73) Товариство з обмеженою відповідальністю "Науково-виробничий центр "Ресурси-2000", UA 40309 В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу термічної обробки сталевих виробів з використанням електромагнітного поля, в якому зміна послідовності виконання операцій, а також умов використання, дозволяє забезпечити можливість ініціювання та підтримання структуроутворення, що дозволяє прискорити цей процес і за рахунок цього скоротити тривалість термообробки, а також знизити енергетичні витрати на її здійснення. Поставлена задача вирішується тим, що у способі термічної обробки сталевих виробів з використанням електромагнітного поля, який включає попередню деформацію, нагрів до температури відпалу, витримку до одержання необхідної структури, охолодження, відповідно до винаходу, новим є те, що діють електромагнітним полем з частотою, яка відповідає власній резонансній частоті оброблюваної сталі, перед відпалом, під час відпалу, а також при охолодженні виробів. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак технічного рішення, що пропонується, та технічним результатом, що досягається, полягає у тому, що зміна послідовності виконання операцій, а також умов їх використання у способі, що пропонується, а саме те, що: - на сталеві вироби діють електромагнітним полем; - для дії обирають електромагнітне поле з частотою, яка відповідає власній резонансній частоті оброблюваної сталі; - дію електромагнітним полем на сталеві вироби здійснюють перед відпалом, під час відпалу, а також при охолодженні виробів; в сукупності з відомими ознаками забезпечує можливість ініціювання та підтримання процесу структуроутворення, що скорочує тривалість відпалу і знижує енергетичні витрати на процес термообробки. Дія на сталеві вироби електромагнітним полем з частотою, яка відповідає власній резонансній частоті оброблюваної сталі, забезпечує прискорення процесу структуроутворення при термообробці сталевих виробів. Це пов'язане з електромагнітною взаємодією між дискретними квантами енергії і частками матеріалу виробу. При дії резонансним електромагнітним полем відбувається, з великим ступенем імовірності, резонансне поглинання квантів енергії атомами, які внаслідок цього збуджуються. Електромагнітне поле з власною резонансною частотою оброблюваної сталі має достатні енергетичні ресурси, необхідні для ініціювання та підтримання процесів структуроутворення в сталі. Електромагнітна дія створює енергетичні умови для переважного розвитку нової структурної фази. Це відбувається за рахунок того, що кристалічна решітка структури переборює енергетичний бар'єр і перетворюється у решітку нової структури з іншим співвідношенням фаз. Крім того, енергія, що надається при дії резонансним електромагнітним полем, веде до зміцнення також за рахунок створення напружень в кристалічній решітці, які спричиняють посування дефектів та дислокацій. Зміна енергетичного рівня атомів матеріалу виробу, а також зміна стану структурних дефектів забезпечує зменшення кількості структурних де фектів, що сприяє удосконаленню кристалічної решітки. Отже, одержаний в результаті електромагнітної дії рівноважний стан характеризується новим розподілом дефектних комплексів та зниженим рівнем внутрішніх напружень і дозволяє одержати в сталі необхідні структурні зміни, що характерні для цієї марки сталі. Якісні і стійкі зміни в структурі сталі, що відбуваються під дією резонансного електромагнітного поля, призводять до змін властивостей сталі. Це забезпечує одержання сталевих виробів з необхідними для подальшої експлуатації властивостями. Таким чином, можливість ініціювання та підтримання структуроутворення дозволяє прискорити цей процес, а отже, і скоротити термічну обробку сталевих виробів. Експериментально встановлено, що найбільшого ефекту в процесі термічної обробки сталевих виробів можливо досягти при одночасній дії електромагнітного поля з частотою, що пропонується, а також термічного процесу. Це, очевидно, пов'язане з тим, що діють елетромагнітним полем в період активного структуроутворення. Таким чином, спосіб, що пропонується, забезпечує прискорення процесів структуроутворення, що дозволяє скоротити тривалість відпалу і, як наслідок, знизити енергетичні витрати, зокрема, витрати газу, на увесь процес термообробки. Спосіб термічної обробки сталевих виробів, який пропонується, було випробувано у калібрувальному цеху ВАТ "Дніпроспецсталь". При розробці способу були виконані експериментальні роботи на існуючому обладнанні підприємства. Як об'єкт дослідження використовували вироби у вигляді бунтів дроту або бунтів смуг. які одержані гарячою деформацією. Вироби виготовлені із шарикопідшипникової сталі ШХ15. Визначали будь-яким відомим методом власну резонансну частоту сталі. Дію електромагнітним полем на вироби починали перед термічною обробкою з частотою, яка відповідає власній резонансній частоті оброблюваної сталі. Електромагнітне поле створювали відомими способами, наприклад, за допомогою генератора, електромагнітного резонатора, лазера з насадкою, що модулює, енергоінформаційного індуктора. Потім сталеві вироби розміщували у газовій ковпаковій печі. метрологічне забезпечення якої здійснювали відомими методами. Після холодної продувки інертним газом, здійснювали нагрів сталевих виробів до температури 780-800°С, і витримку при цій температурі протягом 4 годин. Далі знижували температуру до 650°С. Охолоджували вироби поступово на повітрі. При цьому дію електромагнітним полем продовжували також при нагріві, при витримці і при охолодженні сталевих виробів. Резонансна електромагнітна дія з частотою, яка відповідає власній частоті сталі ШХ15, дозволяє прискорити структуроутворення і одержати необхідну для цієї сталі структуру за менший час. При термічній обробці виробів із шарикопідшипникової сталі одержані вироби зі структурою дрібного глобулярного перліту. Передумовою для аустені 2 40309 зації перліту явилося ініціювання та підтримання у оброблюваної сталі великої кількості зародків нової фази, з яких при охолодженні створювались дрібнодисперсні карбіди, які рівномірно розподілені. Потім вироби зі сталі піддавали механічній обробці. У результаті проведених експериментів, при яких піддавали термічній обробці вироби із шарикопідшипникової сталі ШХ15, відповідно до способу, що пропонується, установлене таке: тривалість процесу термічної обробки скорочена на 15 годин, тобто на 33% у порівнянні з термообробкою, згідно з прототипом, і на 25% у порівнянні з технологією, що діє на підприємстві. Це дозволяє знизити витрати газу на 4100 м3 на процес. При цьому якість виробів не погіршується. Аналогічні експериментальні дослідження способу, що пропонується, були здійснені з виробами з інших сталей, а саме: зі сталей ШХ15СГ, 65Г, 55С2А. Результати експериментів з виробами з цих сталей наведені у таблиці. Таким чином, спосіб термічної обробки сталевих виробів, що пропонується, забезпечує скорочення тривалості процесу термообробки і зниження енергетичних витрат на її здійснення. Таблиця № п/п 1 2 3 4 5 Найменування параметрів процесу Температура нагріву, °С Час нагріву, год. Тривалість витримки, год. Час охолодження до температури 600°С, год. Тривалість термічної обробки (відпалу), год. Марка сталі, що піддають обробці ШХ15СГ 65Г 55С2А Технічне Технічне Технічне рішення, рішення, рішення, Прототип що Прототип що Прототип що пропопропопропонується нується нується 800 800 740 740 750 750 5 1 4 1 5 2 8 4 7 5 5 4 6 5 16 8 4 3 19 10 27 14 14 9 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3