СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/78 

Описание патента на изобретение RU2067121C1

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в аппаратуре высокого давления в химической, газовой и нефтяной промышленностях.

Известен также способ термической обработки металлических изделий, включающий закалку, низкий отпуск, дополнительный скоростной нагрев поверхности до температуры Аr1 30-400oС на глубину, определяемую из соотношения КСмакс) и последующее охлаждение (авт. св. СССР N 1235977, С 21 D 1/78, 1986).

Недостаток известного способа неудовлетворительная конструктивная прочность изделий, обусловленная следующим:
1. Для предотвращения хрупкого разрушения металлических изделий слой, обладающий повышенной пластичностью, должен располагаться в области наиболее напряженной. В известном способе не рассматривается распределение напряжений в теле изделий. В приведенном примере способа (стержень, работающий на растяжение) расположение пластичного поверхностного слоя не соответствует области максимальных напряжений, находящихся в центре образца и вызывающих его разрушение.

2. Пластический слой, нейтрализуя очаги хрупкого разрушения, обладает низкой прочностью.

Цель изобретения повышение конструктивной прочности изделий, работающих при высоком давлении.

Теоретическое обоснование предложенного способа состоит в следующем.

Известно, что при работе материала в области упругой деформации распределение напряжений в стенке нагруженного внутренним давлением сосуда таково, что наиболее нагруженным слоем является внутренний, на поверхности которого действуют максимальные растягивающие окружные и сжимающие радиальные напряжения. Существующие способы повышения конструктивной прочности изделий, pаботающих при высоком давлении, например автофреттаж, направлены на повышение прочностных свойств применяемых материалов. Однако, одновременно с повышением прочности пластичность материала снижается. Разноименность напряженного состояния и низкие пластические свойства материалов являются причинами преждевременного разрушения сосудов при их нагружении давлением. Повышению прочности вследствие наклепа поверхностного слоя сосудов способствует и механическая обработка растачивание, шлифовка и т.д. что в свою очередь снижает пластические свойства и повышает склонность материала к хрупкому разрушению.

В случае работы материала сосуда высокого давления в области пластической деформации окружные растягивающие напряжения уменьшаются и в зависимости от деформационной способности материала во внутренних слоях сосуда могут быть сжимающими. В том случае, если материал обладает высокой пластичностью и окружные напряжения во внутреннем слое сжимающие, материал внутреннего слоя находится в состоянии сжатия от действия как окружных, так и радиальных напряжений. В этом случае сосуды могут выдерживать давление, превосходящее предел текучести материала. Однако, поскольку при повышении пластичности одновременно снижается предел текучести материала, увеличением пластичности существенного повышения конструктивной прочности добиться невозможно.

Исходя из изложенного, для повышения конструктивной прочности изделий, работающих при высоком давлении, необходимо создание такой структуры материала, чтобы при высокой прочности основной массы материала изделий его внутренний, наиболее напряженный слой был пластичным для снижения как окружных напряжений растяжения, так и склонности материала к хрупкому разрушению.

Для достижения поставленной цели дополнительному скоростному нагреву подвергают внутреннюю поверхность изделий, работающую при высоком давлении, на глубину, определяемую соотношением:
Δ = Δ1+K(Δ23),
где Δ1 критическая величина оценки возможности хрупкого разрешения, равная 0,2 0,4 мм [7]
Δ2 величина дефекта при механической обработке, мм;
Δ3 толщина слоя, находящегося под дефектом, наклепанного при механической обработке, мм;
К коэффициент, учитывающий снижение характеристик пластичности в тангенциальном направлении металлических заготовок по сравнению с продольным направлением. К 1 2.

Значения характеристик пластичности внутреннего слоя зависят от конкретных требований к конструкции изделия, однако наибольшая пластичность может достигать значений полностью отпущенного материала для сталей и закаленного для сплавов, упрочняемых дисперсионным твердением.

Предложенный способ был опробован на сосудах высокого давления. Испытания проводились с нитридом бора в качестве среды, передающей давление. Размеры сосудов: внутренний диаметр 12,5 мм, наружный 70 мм, высота 50 мм. Материал сосудов Ст. 35ХГС. Все сосуды были закалена в масле от 880oС и отпущены при 250oС. Отпуск внутреннего слоя проводился на установке ТВЧ при 700oС с охлаждением воздухом. Контроль величины отпущенного слоя проводился с помощью твердомера на торцах изделий. При испытаниях давление создавалось поршнем из твердого сплава ВК-6. Результаты испытаний представлены в таблице.

Результаты испытаний, приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что создание пластичного слоя на внутренней поверхности изделий, работающих при высоком давлении, повышает их конструктивную прочность. Чрезмерное увеличение толщины пластичного слоя не способствует полному использованию прочностных свойств материала. ТТТ1

Похожие патенты RU2067121C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ 1991
  • Карзов Г.П.
  • Журавлев Ю.М.
  • Филимонов Г.Н.
  • Цуканов В.В.
RU2022738C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСУДОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 2005
  • Свободов Андрей Николаевич
  • Гаврилин Олег Сергеевич
  • Капустин Анатолий Иванович
  • Макаровец Николай Александрович
  • Кобылин Рудольф Анатольевич
  • Романцев Борис Алексеевич
  • Хапонен Николай Андреевич
  • Четвертаков Геннадий Вячеславович
  • Рыбин Виктор Дмитриевич
RU2288063C1
СПОСОБ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК И ИЗДЕЛИЙ 1994
  • Сухих А.А.
  • Дементьев В.Б.
  • Вылежнев В.П.
RU2084547C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ СВАРНЫХ ОБОЛОЧЕК, РАБОТАЮЩИХ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ 2014
  • Анненков Дмитрий Викторович
  • Белов Алексей Евгеньевич
  • Хитрый Александр Андреевич
  • Собкалов Владимир Тимофеевич
  • Заболотнов Владимир Михайлович
  • Гаевский Валерий Владимирович
  • Осипова Елена Витальевна
RU2562200C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ КРЕПЕЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ 2013
  • Симонов Юрий Николаевич
  • Панов Дмитрий Олегович
  • Балахнин Александр Николаевич
  • Перцев Алексей Сергеевич
RU2532600C1
ТРУБА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ И Т.П. КОНСТРУКЦИЙ 2002
RU2293249C9
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЯ ТОНКОГО ПОКРЫТИЯ С ПОДЛОЖКОЙ 2005
  • Кобелев Анатолий Германович
  • Вольфсон Борис Самуилович
  • Байдуганов Павел Александрович
  • Байдуганов Александр Меркурьевич
RU2298167C1
БАЛЛОН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ 1996
  • Петров В.А.
  • Петров А.В.
  • Петров А.В.
RU2168083C2
Способ упрочнения стальных деталей 1981
  • Коньков Юрий Дмитриевич
  • Игумнов Валерий Павлович
SU969757A1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ВАЛКОВ ИЗ ШТАМПОВОЙ СТАЛИ 2000
  • Федоров А.Н.
RU2194081C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 067 121 C1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методам термообработки металлических изделий, работающих в условиях повышенного давления. Цель изобретения - повышение конструктивной прочности изделий. Способ включает в себя закалку, низкий отпуск и дополнительный нагрев с последующим охлаждением, при этом дополнительному нагреву подвергают внутреннюю поверхность изделий на глубину, зависящую от величины дефекта при механической обработке и толщины наклепанного слоя. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 067 121 C1

Способ термической обработки изделий, преимущественно полых, работающих в условиях внутреннего давления, включающий закалку, низкий отпуск, дополнительный скоростной нагрев и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения конструктивной прочности изделий, дополнительному нагреву подвергают внутреннюю поверхность изделий на глубину Δ, определяемую из соотношения
Δ = Δ1+ K(Δ2+ Δ3)
где Δ1 критическая величина оценки возможности хрупкого разрушения, равная 0,2-0,4 мм;
Δ2 величина дефекта при механической обработке, мм;
Δ3 толщина слоя, наклепанного при механической обработке, мм;
K коэффициент, учитывающий снижение характеристик пластичности в тангенциальных направлениях металлических заготовок по сравнению с продольным направлением (1 2).

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2067121C1

Способ термической обработки металлических изделий 1984
  • Волков Альберт Константинович
  • Иванов Генрих Павлович
  • Ходжер Петр Константинович
  • Двояшов Константин Владимирович
  • Малафеичев Вячеслав Михайлович
  • Мартынова Зоя Ивановна
  • Образцов Юрий Васильевич
SU1235937A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

RU 2 067 121 C1

Авторы

Капустин Н.В.

Тюшняков В.Г.

Даты

1996-09-27Публикация

1990-04-06Подача