СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК C21D1/04 C21D7/06 

Описание патента на изобретение RU2068003C1

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изготовлении как металлообрабатывающего инструмента (стального и твердосплавного, предназначенного для обработки резанием и давлением металлов) в инструментальном производстве, так и изделий основного производства (авиакосмической техники и двигателестроения).

Известен способ термомеханической обработки стальных изделий, включающий нагрев и охлаждение, совмещенное с пластической деформацией дробью, причем охлаждение и пластическую деформацию осуществляют ледяными шариками или дробью с оболочкой из льда [1]
Массу и скорость удара ледяных шариков подбирают так, чтобы их кинетическая энергия была достаточной для достижения заданной степени деформации. Во время удара из-за высокой контактной температуры нагретой поверхности (до 103 К) ледяной шарик быстро тает и охлаждает ее. Так как процесс плавления и испарения требует большого количества тепла, то охлаждение поверхностного слоя протекает быстро. Для сталей, температура окончания мартенситного превращения которых лежит ниже нуля, с целью уменьшения количества остаточного аустенита требуется охлаждение до температур ниже нуля. Обработка ледяными шариками позволяет решить эту задачу, поскольку деформирование повышает точку мартенситного превращения, а охлаждение льдом способствует распаду остаточного аустенита.

Известен способ упрочнения изделий (готового инструмента), включающий охлаждение до отрицательных температур рабочих поверхностей и пластическую деформацию одновременно охлажденной до отрицательных температур металлической дробью [2]
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ упрочнения стальных изделий охлаждением, например в жидком азоте [3]
Недостатками прототипа являются: ограниченная стальными изделиями область эффективного использования охлаждения до отрицательных температур (наблюдаемое в сталях превращение остаточного аустенита в мартенсит); практическое отсутствие эффекта упрочнения для хорошо закаленного изделия (с насыщенным углеродом стабильным остаточным аустенитом, с наибольшей долей образовавшегося мартенсита, с наибольшей твердостью, но наименьшей ударной вязкостью); низкое качество упрочнения за счет односторонности эффекта повышения лишь твердости изделий, но снижения ударной вязкости, что определяет хрупкость изделий; отсутствие достаточной ударной вязкости при высокой твердости (в сталях после охлаждения, в твердых сплавах на кобальтовой, никелевой, титановой основах после серийной термообработки) является причиной их низкой эксплуатационной стойкости; особо ощущается недостаток ударной вязкости на поверхностях изделий, ответственных за разрушение; сквозное низкое качество упрочнения за счет охлаждения объемов изделий.

Цель изобретения повышение эксплуатационной стойкости изделий.

В способе упрочнения изделий охлаждением, например, в жидком азоте или охлажденной до отрицательных температур металлической дробью, в отличие от известного, охлажденные изделия подвергают обработке слабым периодическим магнитным полем, во-первых, генерацию магнитного поля в технологическом цикле осуществляют биполярными импульсами, во-вторых, магнитное поле в технологическом цикле генерируют с амплитудной и частотной модуляцией, в-третьих, с целью повышения статистической однородности, стабильности по разбросу значений, эксплуатационной стойкости.

Составляющими повышения эксплуатационной стойкости изделий являются: в случае стальных изделий: повышенное по сравнению с просто охлаждением содержания мартенсита, образующегося из нестабильного аустенита, вследствие инициирования мартенситного превращения, в результате увеличения амплитуды колебаний кристаллической решетки аустенита, которые стремятся превратить ее в решетку мартенсита; очевидно, переохлажденный аустенит делается полностью неустойчивым к самым незначительным воздействиям слабого магнитного поля с крутым передним фронтом импульса и фактически без необходимости преодоления существенного энергетического барьера превращается в решетку мартенсита; стимулирующее распад аустенита, возбуждение его решетки может быть вызвано изменением направления спиновых моментов электронов, в том числе в ядрах дислокаций, что сопровождается появлением упругих напряжений магнитострикционной природы и активацией дислокационных процессов; в случае и стальных изделий, и изделий из твердых сплавов на кобальтовой, никелевой, и титановой и др. основе: повышение ударной вязкости, трещиностойкости и статистической однородности результатов.

Способ реализуется следующим образом.

Изделия конкретного наименования подвергают охлаждению в область отрицательных (криогенных) температур, например, погружением в жидкий азот или обдувом предварительно охлажденной до отрицательных температур металлической дробью.

Охлажденные изделия подвергают обработке слабым периодическим магнитным полем на специальной установке. Функционально генератор выдает импульсы с определенной частотой, которые подаются на делитель частоты и электронное реле времени. При фиксации определенных значений частоты и времени работы можно установить определенные режимы работы установки. Пачка импульсов заданной частоты в течение заданного времени подает на схему выработки и усиления управляющих сигналов для заряда накопительных конденсаторов и разряда их на индикатор. Питание всей схемы осуществляется от блока питания, который состоит из силового трансформатора и схемы низковольтного стабилизированного источника напряжения для питания схем генератора, делителя частоты и электронного реле времени.

Осуществляют воздействие на охлажденные изделия последовательностью генерируемых импульсов, причем импульсов биполярных.

Осуществляют генерацию в технологическом цикле магнитного поля с амплитудной и частотной модуляцией. Обеспечивают отклик структурных несовершенств в широком диапазоне энергий активации (инициирования) процессов, что позволяет реализовать управляемое воздействие с целью повышения качества обработки за счет статистической однородности свойств материала изделий.

Контроль качества обработки осуществляется, например, путем рентгеновской люминесценции, экзоэлектронной эмиссии и др.

Конкретный пример.

Первую (а) партию цилиндрических образцов с диаметром рабочей части 14 мм из конструкционной стали мартенситного класса 30ХГСНА с поверхностью подготовленного микрошлифа по торцу подвергали охлаждению погружением в жидкий азот (в сосуд Дьюара) при -196oC в течение 4 мин, первую (б) партию нагревали в последующем до температуры ≈(-115oC) выдержкой на воздухе в течение 5 мин.

Вторую партию аналогичных образцов при охлаждении в течение 4 мин обрабатывали униполярными импульсами магнитного поля на установке МИ-2 по режиму: напряжение на соленоиде 700 В (напряженность магнитного поля соответствует 1,08•105 A/м), частота следования импульсов 10 Гц. Длительность импульса равнялась 2,2•10-3 c, а длительность переднего фронта (характеристика крутизны) 37•10-6 c.

Третью партию образцов аналогично обрабатывали биполярными импульсами на специализированной установке МБМП-1.

Четвертую партию образцов аналогично обрабатывали периодическим магнитным полем с амплитудной и частотной модуляцией на специализированной установке МБМП-3.

Регистрировали через 2 суток содержание α-мартенсита и аустенита на поверхности образцов съемной на рентгеновском дифрактоетре ДРОН-2,0 интерференционных линий.

Результаты исследования представлены в табл. 1. Число образцов на точку
6 штук.

Видно, что воздействие на охлажденные образцы из стали 30ХГСНА магнитным периодическим полем, а тем более с генерацией биполярных импульсов, увеличивает содержание a-мартенсита за счет остаточного аустенита. Эффект усиливается как при увеличении температуры охлаждения, так и при введении генерации магнитных полей с амплитудной и частотной модуляцией. Кроме того в последнем случае наблюдается снижение разброса соотношениям Рм/Ра, т.е. повышение статистической однородности.

После аналогичной обработки испытывали твердосплавные сверла ВК6-ОМ при сверлении 3000 отверстий на гетинаксе (в производственных условиях при обработке печатных плат). На аналитических весах АДВ-200 измеряли массовый износ. Данные исследования приведены в табл. 2 (число сверл на точку 10 штук).

Видно, что реализация предлагаемого способа позволяет повысить эксплуатационную стойкость и статистическую однородность результатов (при доверительной вероятности 95%).

Кроме того заявляемое изобретение позволяет повысить надежность изделий в целом, снизить расход запасных частей (в сравнении с базовым объектом 3). ТТТ1

Похожие патенты RU2068003C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ МАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТА, ДЕТАЛЕЙ МАШИН И СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ 1999
  • Малыгин Борис Вадимович
  • Первов А.К.(Ru)
  • Первов К.М.(Ru)
  • Первов В.К.(Ru)
  • Решетников П.П.(Ru)
  • Кавеев Х.З.(Ru)
RU2153006C1
Бесшовная высокопрочная труба из стали мартенситного класса для обсадных колонн и способ ее производства 2021
  • Пумпянский Дмитрий Александрович
  • Пышминцев Игорь Юрьевич
  • Чикалов Сергей Геннадьевич
  • Трутнев Николай Владимирович
  • Тумашев Сергей Владимирович
  • Красиков Андрей Владимирович
  • Неклюдов Илья Васильевич
  • Буняшин Михаил Васильевич
  • Усков Дмитрий Петрович
  • Мякотина Ирина Васильевна
  • Чубуков Михаил Юрьевич
  • Коновалов Сергей Сергеевич
  • Битюков Сергей Михайлович
RU2787205C2
БЕСШОВНАЯ ВЫСОКОПРОЧНАЯ ТРУБА ИЗ СТАЛИ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА ДЛЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА 2022
  • Пумпянский Дмитрий Александрович
  • Чикалов Сергей Геннадьевич
  • Четвериков Сергей Геннадьевич
  • Трутнев Николай Владимирович
  • Тумашев Сергей Владимирович
  • Красиков Андрей Владимирович
  • Буняшин Михаил Васильевич
  • Ульянов Андрей Георгиевич
  • Мякотина Ирина Васильевна
  • Чубуков Михаил Юрьевич
  • Лоханов Дмитрий Валерьевич
  • Благовещенский Сергей Иванович
  • Никляев Андрей Викторович
  • Пышминцев Игорь Юрьевич
  • Выдрин Александр Владимирович
  • Черных Иван Николаевич
  • Корсаков Андрей Александрович
RU2798642C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ, ЛЕГИРОВАННЫХ, ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ, БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ И ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ 1996
  • Ерофеев В.К.
  • Григорьев В.В.
  • Воробьева Г.А.
RU2100456C1
Способ термической обработки износостойких втулок буровых насосов нефтегазового оборудования из инструментальных хромистых сталей 2018
  • Филиппов Михаил Александрович
  • Палеев Владимир Семёнович
  • Плотников Георгий Николаевич
  • Гервасьев Михаил Антонович
  • Ильиных Аркадий Иванович
RU2708722C1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 2000
  • Макаров А.В.
  • Коршунов Л.Г.
  • Осинцева А.Л.
RU2194773C2
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПРУЖИННЫХ СТАЛЕЙ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА 2003
  • Ценев В.А.
  • Стребков В.А.
RU2244757C1
ХОЛОДНОКАТАНЫЙ И ТЕРМООБРАБОТАННЫЙ СТАЛЬНОЙ ЛИСТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2019
  • Александр, Патрис
  • Буза, Магали
  • Чакраборти, Анирбан
  • Гассеми-Армаки, Хассан
  • Гирина, Ольга
  • Жаколо, Ронан
  • Кольцов, Алексей
  • Надлер, Од
  • Панахи, Дэймон
  • Солер, Мишель
RU2775990C1
СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 1991
  • Загорский В.К.
  • Загорский Я.В.
  • Карпов Б.В.
RU2025509C1
Способ термомеханической обработки стали 1983
  • Осецкий Александр Иванович
  • Аненко Владимир Иванович
SU1171539A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 068 003 C1

Реферат патента 1996 года СПОСОБ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изготовлении как металлообрабатывающего инструмента (стального и твердосплавного) в инструментальном производстве, так и изделий основного производства. Способ включает: упрочнение охлаждением, например, в жидком азоте или охлажденной до отрицательных температур металлической дробью. Охлажденные изделия подвергают обработке слабым периодическим магнитным полем, причем генерацию магнитного поля в технологическом цикле осуществляют биполярными импульсами, а магнитное поле в технологическом цикле генерируют с амплитудой и частотой модуляции, что позволяет повысить статическую однородность (стабильность по разбросу значений) эксплуатационной стойкости. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 068 003 C1

1. Способ обработки изделий, включающий охлаждение в жидком азоте, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, после охлаждения изделие дополнительно подвергают обработке магнитным периодическим полем напряженностью менее 106 А/м. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку магнитным периодическим полем ведут биполярными импульсами.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2068003C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Способ термомеханической обработки стальных изделий 1977
  • Шарафеев Ильяс Хусаинович
  • Каледин Борис Алексеевич
  • Андрияшин Виктор Алексеевич
  • Кусяк Анатолий Владимирович
  • Гильман Иосиф Ефимович
  • Чепа Петр Антонович
SU711126A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Способ упрочнения изделий 1983
  • Хомяк Борис Степанович
SU1189887A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Ильин В.М
Стойкостные и физико-механические исследования инструментов, обработанных ударным охлаждением
Изв
вузов
Машиностроение, 1981, № 5, с
Ударно-вращательная врубовая машина 1922
  • Симонов Н.И.
SU126A1

RU 2 068 003 C1

Авторы

Боровский С.М.

Маслов Н.Б.

Павлячек И.В.

Гриценко Г.В.

Садыгов Т.И.

Даты

1996-10-20Публикация

1990-04-27Подача