Способ термической обработки изделий из черных металлов

среды, отсутствуют Методы контроля ее состояния, требуется постоянный ввод новых порций гранул твердой двуокиси углерода, не обеспечивается стабильность механических характеристик термически обработанных изделий. Применяемые для реализации способа материалы отличаются дороговизной, а также требуют специальных условий для хранения и подачи сухого льда на рабочее место.Известны также синтетические закалочные среды, которые находят все большее применение в машиностроении при реализации конкретных способов термической обработки изделий.Одним из наиболее известных является способ термической обработки длинномерных изделий 2, при котором в качестве закалочной среды используют водный раствор сополимера метакриловой кислоты с акрилонитрилом. В этом случае охлаждение начинают по истечении времени, не превышающего 3 с с конца нагрева, и ведут со скоростью 50-130 С/с до температуры ниже температуры распада закалочной среды, которую в процессе постоянно охлаждают.Известный способ не позволяет обеспечивать требуемые свойства и структуру металла из-за низкой термической стойкости и возможности распада закалочной среды. Для исключения указанного явления среда должна перемешиваться и охлаждаться с помощью теплообменника, а ее температура регулируется скоростью циркуляции раствора и охладителя. Это приводит к усложнению технологии и значительным энергетическим и материальным затратам.Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки заготовок из доэвтектоидных легированных карбидообразующими элементами сталей 3, преимущественно крупных или в больших садках, при котором регулируемое охлаждение осуществляют в водном растворе полимера акрилатного типа с температурой 65-98 С до температуры, находящейся в интервале между нижней границей выделения карбидной фазы и температурой начала смачивания полимером поверхности заготовки. Способ предусматривает проведение пластической деформации при температурах аустенизации стальных заготовок.Однако использование в известном способе полиакрилонитрильного сополимера или полиакриламида приводит к тому, что охлаждение в таком высоковязком растворе проводят только до температур, не превышающих нижней границы выделения карбидной фазы, а дальнейшее охлаждение проводят на воздухе. Это значительно усложняет технологический режим термической обработки. При более низких температурах наблюдается смачивание полимером поверхности заготовок, налипание полимера на ее поверхность, что приводит к большому уносу полимера, нарушению стабильности охлаждающей среды и затрудняет получение чистой поверхности заготовки. Требуется последующая промывка деталей.Задача изобретения - исключение эффекта смачивания полимером поверхности заготовок и явления налипания полимера на ее поверхность, создание режима интенсивного движения жидкости на поверхности охлаждаемой детали, обеспечивающего закалку на мартенсит или мартенсит и троостит, обеспечение низкой вязкости раствора, повышение термической стойкости и исключение возможности распада закалочной среды.Для достижения технического результата в способе термической обработки изделий из черных металлов, включающем нагрев до температуры аустенизации, выдержку и охлаждение в растворе высокомолекулярного соединения, в качестве раствора вь 1 сокомолекулярного соединения используют 0,3-3,0 -ный водный раствор нейтрализованного продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрила. В данном случае гидролиз полиакрилонитрила проводят в 3-20 растворах едкого натра или калия при температуре 90-120 С в течение 4-16 ч до содержания карбоксилатных групп 50-95 с последующей нейтрализацией до рН 6-10 минеральной или органической кислотой.При реализации предлагаемого способа термической обработки изделий из черных Металлов благодаря применению в качестве охлаждающей среды нового продукта, являющегося водным раствором оптимальной концентрации нейтрализованного продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера, обеспечивается охлаждение в режиме интенсивного движения жидкости на поверхности охлаждаемых стальных деталей без выделения дыма, копоти, масляных паров, продуктов окисления и термического разложения углеводородов, при этом исключается явление вспыхивания пламени. Одновременно предложенные условия гидролиза полиакрилонитрильного полимера в растворах едкого натра или калия обеспечивают оптимизацию содержания карбоксилатных групп,при этом щелочной гидролизат нейтрализуют минеральной или органической кислотой до рН 6-10, что способствует наиболее эффективному растворению высокополимерного соединения в воде с достижением оптимального значения рН и отсутствию расслоения полученного раствора при хранении.Анализ известных способов термической обработки изделий из черных металлов показал, что признаки, отличающие заявляемое техническое рещение от прототипа, представляют собой новую совокупность признаков, так как при анализе не выявлено вариантов использования в качестве охлаждающей среды при термической обработке изделий из черных металлов нейтрализованного водного раствора продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера с концентрацией 0,3-3,0 мас. , когда гидролиз полиакрилонитрильного полимера проводят в 3-20 растворах едкого натра или калия при температуре 90-120 С в течение 4-16 ч до содержания карбоксилатных групп 50-95 и в данном случае щелочной гидролизат нейтрализуют минеральной или органической кислотой до рН 6-10.Таким образом, отсутствие в известных аналогах отличительных признаков заявляемого способа термической обработки изделий из черных металлов свидетельствует о его соответствии критерию изобретательский уровень.В результате обеспечения оптимальности технологии термической обработки изделий из черных металлов с использованием в качестве охлаждающей среды нейтрализованного продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера предложенного состава гарантируется достижение высокого качества изделий по структуре и механическим показателям, исключается эффект смачивания полимером поверхности заготовок и явление налипания полимера на ее поверхности, достигается режим интенсивного движения жидкости на поверхности охлаждаемых стальных деталей, обеспечивающий закалку на мартенсит или мартенсит и троостит, обеспечивается низкая вязкость и достаточная термическая стойкость раствора, что исключает возможность распада закалочной среды. Изобретение поясняется примерами.В реакционную колбу загружают 30 г измельченного полиакрилонитрильного полимера, заливают 500 г 3 раствора едкого натра, нагревают до температуры 90 С и вь 1 держивают при данной температуре в течение 16 ч. С помощью мешалки полученный продукт перемешивают до полного растворения полимера и протекания процесса гидролиза. В результате содержание карбоксилатных групп в полученном продукте составляет 50 .После охлаждения щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера проводят его нейтрализацию минеральной кислотой, в качестве которой используют концентрированную серную, в количестве 2 мл.Готовят водный раствор продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера с концентрацией 0,3 мас. , для чего в рабочую металлическую емкость заливают 9,5 л жесткой воды из трубопровода, в которую добавляют 532 г нейтрализованного продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера. Смесь периодически перемешивают примерно в течение 30 мин до получения однородного раствора. Полученный раствор и является охлаждающей средой, используемой при термической обработке изделий из черных металлов.Закалке подвергаются следующие деталиболт М 24120 мм из стали 4 ОХзубило Диаметром 30 мм И длиной 400 мм из стали 60 С 2.Нагрев проводился в электропечи сопротивления камерной ЗЫОЬ 6,7/ 1300. Температура закалки болтов из стали 4 ОХ составляла 860 С, зубил из стали 60 С 2 - 870 С.После охлаждения проводились Металлографические исследования структуры термически обработанных деталей и проверялась их твердость. Результаты исследований приведены в таблице (пример 1).В реакционную колбу загружают 30 г измельченного полиакрилонитрильного полимера,заливают 500 г 3 раствора едкого калия, нагревают до температуры 90 С и вь 1 держивают при данной температуре в течение 16 ч. С помощью мешалки полученный продукт перемешивают до полного растворения полимера и протекания процесса гидролиза. В результате содержание карбоксилатных групп в полученном продукте составляет 50 .После охлаждения щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера проводят его нейтрализацию минеральной кислотой, в качестве которой используют концентрированную фосфорную, в количестве 4 мл.Готовят водный раствор продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера с концентрацией 0,3 мас. , для чего в рабочую металлическую емкость заливают 9,5 л жесткой воды из трубопровода, в которую добавляют 536 г нейтрализованного продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера. Смесь периодически перемешивают примерно в течение 30 мин до получения однородного раствора. Полученный раствор и является охлаждающей средой, используемой при термической обработке изделий из черных металлов.Результаты исследований приведены в таблице (пример 2).В реакционную колбу загружают 300 г измельченного полиакрилонитрильного полимера, заливают 1000 г 20 раствора едкого натрия, нагревают до температуры 120 С и выдерживают при данной температуре в течение 4 ч. С помощью мешалки полученный продукт перемешивают до полного растворения полимера и протекания процесса гидролиза. В результате содержание карбоксилатных групп в полученном продукте составляет 95 .После охлаждения щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера проводят его нейтрализацию минеральной кислотой, в качестве которой используют концентрированную серную, в количестве 7 мл.Готовят водный раствор продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера с концентрацией 3,0 мас. , для чего в рабочую металлическую емкость заливают 8,7 л жесткой воды из трубопровода, в которую добавляют 1315 г нейтрализованного продукта щелочного гидролиза полиакрилонитрильного полимера. Смесь периодически перемешивают примерно в течение 30 мин до получения однородного раствора. Полученный раствор и является охлаждающей средой, используемой при термической обработке изделий из черных металлов.Результаты исследований приведены в таблице (пример 3).В реакционную колбу загружают 300 г измельченного полиакрилонитрильного полимера, заливают 1000 г 20 раствора едкого калия, нагревают до температуры 120 С и выдерживают при данной температуре в течение 4 ч. С помощью мешалки полученный продукт перемешивают до полного растворения полимера и протекания процесса гидро лиза. В РСЗУЛЬТЗТС СОДСРЖЗНИС карбоксилатных ГРУПП В ПОЛУЧСННОМ ПРОДУКТС составляет 95 .Концентра- нейтрализации ИНТеНСИВ закаленном ция поли- Содер- Темпе- состоянии,акрилонит- Среда и Предел жание Марка ратура ность дви Структура НКС Пример Житель жения в закаленом рильного ее кон- карбо- стали закалПолимера ЦеНТра ность Ксилаг Среда рН Ки С охлаждаю- состоянии Мас ГИДрОЛИ- НЫХ ЩеИ среды за, час Групп,