Пристрій для термообробки круглокільцевих ланцюгів

Спосіб термообробки круглокільцевих ланцюгів, що включає індукційне нагрівання виробу до температури 950-1000 °С і наступне охолодження, який відрізняється тим, що нагрівання ланцюга здійснюють із частотою індукційного струму в межах 2000-8000 Гц при потужності струму 250-500 кВт, а час після закінчення індукційного нагрівання до початку охолодження не перевищує 8 сек., при цьому наступне охолодження виконують із інтен3 2 сивністю тепловідводу (60-120) 10 Вт/(м °С). (19) (21) u201010502 (22) 30.08.2010 (24) 27.02.2012 (46) 27.02.2012, Бюл.№ 4, 2012 р. (72) ОЛІЙНИК ВАДИМ АНАТОЛІЙОВИЧ, ОЛІЙНИК ЯРОСЛАВ ВАДИМОВИЧ, БІБА ВІКТОР ІВАНОВИЧ, ПОЛУЕКТОВ ВОЛОДИМИР ЮРІЙОВИЧ, ПОНІКАРЧУК АНАТОЛІЙ МИРОНОВИЧ, ГРАЧОВ ВАЛЕРІЙ ІВАНОВИЧ (73) ОЛІЙНИК ВАДИМ АНАТОЛІЙОВИЧ, ОЛІЙНИК ЯРОСЛАВ ВАДИМОВИЧ 3 Відомий спосіб термічної обробки дозволяє прискорити процес нагрівання за рахунок використання індукційного нагрівача, що дозволяє підвищити продуктивність, знизити вміст ручної праці й значно знизити енергоємність процесу, що сприяє зміцненню виробів з низько - і середньовуглецевих, нелегованих і низьколегованих сталей, при підвищеній пластичності й ударної в'язкості. Однак, при зазначених позитивних якостях, спосіб вимагає спеціального устаткування для здійснення, досить тривалий, через циклічне нагрівання із проміжним імпульсним охолодженням, що помітно підвищує вартість виробу і тому він не знайшов широкого застосування в заводській практиці. У відомому способі індукційне циклічне нагрівання виробів до температури в інтервалі від (Ас1)+25 °С до (Ас3)-25 °С і проміжне імпульсне охолодженням з інтенсивністю тепловідводу (203 2 40)  10 Вт/(м °С) забезпечує одержання в середньо-вуглецевих і малолегованих сталях вміст вихідного мартенситу на поверхні й у центрі ланок на рівні 50-70 %, що недостатньо для одержання необхідної високої міцності, твердості та ударної в'язкості в готових ланцюгах класу С і навіть класу 8. Задача способу термообробки круглокільцевих ланцюгів полягає в удосконаленні процесу термообробки, у тому числі зі середньо-вуглецевих і малолеґованих сталей за рахунок утворення мартенситної, а також сорбіто-феритної структур, шляхом створення на поверхні виробу загартованого шару, що відповідає вимогам втомної міцності й пластичності металу для круглокільцевих ланцюгів широкого сортаменту, що забезпечують одержання необхідної структури готової продукції при мінімальній кількості технологічно-простих операцій і значному скороченні часу на проведення процесу. Задача вирішується тим, що в способі термообробки круглокільцевих ланцюгів, що включає індукційне нагрівання виробу до температури 9501000 °С і наступне охолодження, згідно з корисною моделлю, нагрівання ланцюга здійснюють із частотою індукційного струму в межах 2000-8000 Гц при потужності струму 250-500 кВт, а час після закінчення індукційного нагрівання до початку охолодження не перевищує 8 сек, при цьому наступне охолодження виконують із інтенсивністю тепловід3 2 воду (60-120)  10 Вт/(м °С). При нагріванні металу струмами високої частоти досягається дуже висока швидкість нагрівання, обчислювана сотнями градусів у секунду. Внаслідок цього, швидкість зародження центрів аустенітних зерен перевищує швидкість їх росту при зростанні температури, що дає можливість одержати дрібне аустенітне зерно й значно підвищити циклічні властивості і ударну в'язкість й, у цілому, надійність готових виробів в експлуатації. Нагрівання із частотою індукційного струму в межах 2000-8000 Гц при потужності струму 250500 кВт, а також наступне охолодження з інтенси3 2 вністю тепловідводу (60-120)  10 Вт/(м °С), дозволяє дуже ефективно регулювати процеси: рек 67380 4 ристалізації початково-деформованого металу, перерозподілу напруг (II і III роду) по границях зерен, утворення майбутніх зародків нової структури при температурах, близьких до початку перетворення (Ас1), виникнення зародків аустеніту в перліті і їх ріст із ще більш енергійним перерозподілом внутрішніх напружень, аустенізації вихідної структури при температурах у діапазоні Ас1-Ас3. Ефект впливу на механічні властивості металу в області температур початку аустенітного перетворення при індукційному нагріванні викликається послідовним протіканням наступних процесів. При нагріванні до температур в інтервалі аустенітного перетворення в підготовленій, дифузійно-активній структурі фериту та перліту спочатку окремі флуктуації починають зливатися в більші фрагменти, утворюючи зародки-фази, потім починається їхній ріст за рахунок перліту, внаслідок чого перші зерна аустеніту містять максимальну кількість вуглецю, тобто при цьому вони зазнають досить високий напружений стан. По мірі росту аустенітних зерен і перерозподілу вуглецю в зернах, що утворювалися з перліту та фериту, напружений стан структури зростає і тим більшою мірою, чим вище швидкість нагрівання. А якщо охолодження після нагрівання відбувається досить інтенсивно, то міцносні характеристики металу з ростом температури під загартування починають поступово зростати, а пластичні властивості - повільно знижуватися. Застосування швидкісного індукційного нагрівання виробів складної форми, а саме ланцюгів завдяки специфіці генерації виділення тепла по перерізу від поверхні до центру, зі швидкістю, що багаторазово перевищує швидкість теплопередачі у випромінювальних полум'яних печах, забезпечує істотні переваги за рахунок здрібнювання зерна при нагріванні під загартування. Крім того, пропонований спосіб дає можливість застосовувати більш інтенсивні схеми прискореного охолодження з мінімізацією браку й можливих дефектів по зневуглецюванню поверхні, по неоднорідності розподілу твердості (м'які плями), по гартівних тріщинах. Ця особливість також дозволяє при виробництві високоміцних ланцюгів заміняти марки сталі, що містять меншу кількість вуглецю й менш леговані й одержувати міцносні властивості й твердість, порівняні з аналогічними більш дорогими сталями, що містять дефіцитні та дорогі хром, нікель і молібден, а також використовувати їхні недорогі замінники, що містять бор, що забезпечують високе загартовування металу. Підвищення однорідності структури при здрібнюванні зерна по довжині та перерізу кілець ланцюга за рахунок формування великої кількості зародків  перетворення в сукупності зі зниженим зневуглецюванням поверхні дозволяє в процесі загартування одержувати дрібнокристалічний мартенсит з мінімальним вмістом залишкового аустеніту й проміжних структур (трооститу, сорбіту, бейниту) по всім перерізам ланцюга. Одержання структури, що містить до 100 % вихідного мартенситу на поверхні кілець і 90 % у центрі забезпечує максимальну циклічну та абразивну стійкість ланцюгів порівняно із пічним спосо 5 бом нагрівання, після аналогічної відпустки, при 70-90% мартенситу на поверхні і 50-70 % у центрі профілю після загартування. Крім того, отримана структура гарантує підвищення ударної в'язкості та збільшує ресурс відповідно оброблених ланцюгів на відмову по зношуванню або втраті форми кілець. Пропонований спосіб за рахунок малої кількості операцій, високої швидкості нагрівання і високої швидкості охолодження (внаслідок високої інтенсивності тепловідводу) і значному скороченні часу на проведення процесу є привабливим для промислового використання. Як показали випробування, застосування для нагрівання круглокільцевих ланцюгів струму частотою менш 2000 Гц приводить до збільшення часу нагрівання і перевитраті електроенергії у зв'язку з підвищеною споживаною потужністю (понад 500 кВт). Разом з тим, застосування для нагрівання ланцюгів струму із частотою більш 8000 Гц приводить до концентрації зон нагрівання на поверхні кілець, що вимагає твердої фіксації просторового положення кожного кільця ланцюга щодо внутрішньої порожнини високочастотного індуктора. Така фіксація ускладнена через високу гнучкість ланцюга. При частоті струму менш 8000 Гц не потрібно твердої фіксації положення ланцюга в індукторі. Таким чином, споживана потужність знижується до 250 кВт. На Фіг. 1 наведена діаграма залежності впливу температури відпуску на твердість ланцюга після термообробки. Спосіб здійснюють наступним чином. Термообробку ланцюгів виконують безупинно послідовним способом, при цьому ланцюг безупинно рухається крізь високочастотний індуктор, в якому здійснюється нагрівання до гартівної температури (950-1000 °С) і по виходу з камери нагрівання ланцюг піддають загартуванню в камері водяного охолодження. Надалі загартований ланцюг піддають відпуску при температурі 380-420 °С у камері відпуску з нагріванням електричним опором з наступним водяним охолодженням до кімнатної температури. Випробування пропонованого способу виконували на дослідній безперервній лінії загартування з нагріванням струмами високої частоти ланцюгів 67380 6 розміром 1864 мм зі сталі 23Г2А. Нагрівання виконували струмом з частотою 2400 Гц в індукторі із внутрішнім діаметром 90 мм і довжиною 2 м. Швидкість транспортування ланцюга становила 1 м/хв. При такій швидкості транспортування і параметрами струму забезпечується стабільне й рівномірне нагрівання ланцюга до температури 950- 1000 °С. Загартування виконували в камері охолоджування за допомогою трубчастої форсунки. Тиск води на вході в камеру становив 0,4 МПа. Охолодження виконували до повного охолодження ланцюга. Твердість загартованих кілець становить 4954 HRC. Так, ланцюги, виготовлені зі сталі 23Г2А і застосовувані для шахтних конвеєрів з рівнем механічних властивостей, відповідних до класу міцності «8», після загартування з індукційним нагріванням й спеціального відпуску при 400 °С, здобувають міцносні характеристики, відповідні до ланцюгів класу «3», виготовлених зі сталей, що містять хром, нікель і молібден (Стандарт 25996-97). На представленій діаграмі (Фіг. 1) наочно видно, що при найбільш оптимальних температурах відпуску (340-420 °С) (1) та мінімальному значенню міцності, що пропонується споживачеві (2) отримана твердість метала ланцюга (відповідно, міцносні характеристики) пропонованим способом термообробки (3), значно перевищує твердість металу ланцюга після термообробки найбільш близьким відомим способом (4) і перевищує вимоги по твердості, пропоновані для ланцюгів, отриманих після термообробки відомим способом (5). Таким чином, пропонований спосіб завдяки новим умовам нагрівання й охолодження дозволяє одержати необхідні міцносні й пластичні властивості круглокільцевих ланцюгів і можливість використання умов пропонованого способу для термообробки ланцюгів широкого сортаменту калібрів і типорозмірів. При цьому, спосіб вкрай простий (мінімальна кількість операцій), значно скорочується час усіх операцій і реалізується спосіб за допомогою відомих технічних засобів, застосовуваних у промисловості на ділянках індукційної термообробки ланцюгів. Пропонований спосіб термообробки може бути використаний або безпосередньо в загальному циклі виготовлення ланцюгів різного типорозміру, або на окремій технологічній ділянці. 7 67380 8 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601