СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1995 года по МПК C21D7/13 C21D8/00 

Изобретение относится к технологии упрочнения металлических изделий.

Известен способ упрочнения металлических изделий, включающий деформацию путем воздействия импульсом давления ударных волн заряда взрывчатого вещества на изделие через демпфер и охлаждение [1]
Этот способ имеет следующие недостатки: нельзя достичь максимального эффекта упрочнения из-за сложностей использования эффекта сходящихся ударных волн; в процессе импульсного нагружения относительно высокая температура обрабатываемого изделия снижает эффект упрочнения; очень сложно обеспечить одновременный подход ударной волны взрыва к поверхности изделия; эффект применения низких температур охлаждающей среды используется однократно; максимальная масса заряда ВВ ограничена; металлоемкость оснастки и ее сложность увеличивают стоимость способа; сборка (разборка) оснастки занимает много времени, процесс не поддается автоматизации.

Известно также использование воды в качестве демпфера (авт.св. СССР N 469350, кл. С 21 D 6/00, однако вода (в жидкой фазе) при высоких давлениях проявляет сильный расклинивающий эффект разрушение обрабатываемого изделия.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик изделия и снижение стоимости способа.

Цель достигается новой совокупностью действий, отличиями которой являются: предварительное намагничивание и охлаждение объекта упрочнения до минус 196^оС, образование демпфера из льда, камера для помещения охлаждающей среды выполнена в мерзлом грунте, заряд ВВ изготавливают с кумулятивной выемкой в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу заряда. Изделие размещают в выемке соосно ей.

Предварительное охлаждение упрочняемого объекта и вслед за этим быстротечность и непрерывность процесса по схеме сжатие-удар холодом ведут к увеличению прочностных характеристик изделия.

Достигается максимально возможный эффект упрочнения, так как процесс идет при симметричном нагружении упрочняемого изделия сходящейся ударной волной взрыва заряда ВВ.

Обеспечивается одновременный подход ударной волны к поверхности изделия.

Эффект применения низких температур в процессе используется неоднократно.

Уменьшаются потери холода через стенки емкости для охлаждающей среды.

Максимальная масса заряда ВВ неограничена.

Снижена сложность и металлоемкость оснастки, процесс возможно вести в полевых условиях. Все это обуславливает низкий уровень капитальных затрат.

Повышается производительность труда, возможна автоматизация процесса.

На фиг.1,2 показано предлагаемое устройство (взаимное расположение элементов устройства перед началом процесса); на фиг. 3 момент после срабатывания устройства, когда объект упрочнения (металлический стержень) зафиксирован в охлаждающей среде.

На чертежах обозначены: 1 заряд взрывчатого вещества (ВВ), 2 камера в мерзлом грунте, 3 объект упрочнения (металлический стержень), 4 линза, 5 демпфер из льда, 6 металлическая плита, 7 отверстие в металлической плите, 8 песок, насыщенный жидким азотом.

П р и м е р. Изделие, например стальной стержень 3, предварительно намагничивают, а затем охлаждают до минус 196^оС. Заряд ВВ 1 изготавливают с кумулятивной выемкой в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу заряда. Изделие 3 размещают в выемке соосно ей, заполняют выемку водой и выдерживают до образования ледяного демпфера 5.

Изделие 3 с зарядом ВВ 1 располагают напротив входного отверстия 7 камеры 2 соосно с ним и инициируют заряд ВВ-1.

При срабатывании заряда ВВ 1 демпфер 5 с вмещенным в его массу стержнем 3 получает движение в осевом направлении. Одновременно продукты взрыва заряда ВВ 1 передают стержню 3 импульс давления в 200-240 килобар.

Под воздействием динамических и тепловых нагрузок демпфер 5 разрушается и в дальнейшем процессе не участвует.

Освобожденное от демпфера 5 изделие 3 через отверстие 7 входит в песок 8, где его скорость гасится. Одновременно с этим стержень 3 подвергается воздействию глубоким холодом (минус 196^оС) от охлаждающей среды (смесь песка 8 с жидким азотом). После выдержки в охлаждающей среде в течение ≈ 30 мин стержень 3 извлекают и выдерживают на воздухе до приобретения им комнатной температуры.

Предлагаемое устройство состоит из заряда ВВ 1 и соосно расположенной с ним камеры 2, выполненной в мерзлом грунте. Заряд ВВ 1 служит для сообщения стержню 3 давления в 200-240 килобар. В заряде ВВ 1 выполнена кумулятивная выемка в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу из заряда. Кумулятивная выемка служит при срабатывании заряда ВВ 1 для сообщения движения стержню 3 в осевом направлении.

Вершина кумулятивной выемки прикрыта линзой 4, служащей для обеспечения одновременного подхода ударной волны взрыва заряда ВВ 1 к поверхности стержня 3. Весь объем кумулятивной выемки заполнен демпфером 5, состоящим из воды в твердой фазе (лед). Назначение демпфера 5 состоит в передаче стержню 3 давления, а также предохранении его от непосредственного воздействия на стержень 3 продуктов детонации заряда ВВ 1.

В массу демпфера 5 вмещено изделие (стержень 3), имеющее вытянутую в одном направлении форму стержня, установленного по оси кумулятивной выемки.

Камера 2 представляет собой емкость, выполненную в мерзлом (вечномерзлом грунте). Камера 2 прикрыта сверху металлической плитой 6, имеющей отверстие 7 для прохода стержня 3 после срабатывания заряда ВВ 1. Объем камеры 2 заполнен охлаждающей средой, представляющей собой смесь жидкой и твердой фаз, имеющей температуру, примерно, минус 196^оС, например, смесью песка 8 и жидкого азота. Песок 8 служит также для гашения скорости стержня 3.

Способ включает намагничивание и охлаждение изделия до 196°С, установку изделия по оси кумулятивной воронки в заряде ВВ, заполнение объема воронки водой, а после превращения воды в лед установку заряда ВВ с вмещенным в ледяной демпфер изделием соосно с емкостью, вмещающей охлаждающую среду, например, смесь песка с жидким азотом. Емкость выполнена в мерзлом (вечномерзлом) грунте. После такой подготовки заряд ВВ инициируют. При этом изделию, вмещенному в ледяной демпфер, передается давление импульсом в 300 400 килобар и движение (метание) в осевом направлении. Под воздействием тепловых и динамических нагрузок ледяной демпфер испаряется и изделие входит в емкость с охлаждающей средой, подвергаясь воздействию глубоким холодом. Через 5 30 мин изделие извлекают из емкости и выдерживают на воздухе до приобретения им комнатной температуры. 3 ил.

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ, включающий деформацию путем воздействия импульсами давления ударных волн заряда взрывчатого вещества на изделие через демпфер и охлаждение, отличающийся тем, что предварительно осуществляют намагничивание изделия и охлаждение до 196^oС, заряд взрывчатого вещества изготавливают с кумулятивной выемкой в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу заряда, изделие размещают в выемке соосно с ней, заполняют водой и выдерживают до образования ледяного демпфера, охлаждение ведут в среде смеси песка и жидкого азота, которую размещают в емкости с входным отверстием, установленной в мерзлом грунте, изделие с зарядом располагают напротив входного отверстия емкости соосно с ним и инициируют заряд взрывчатого вещества.