СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1998 года по МПК C21D7/13 C21D8/00 

Известен способ упрочнения металлических изделий (RU патент, 2040555 кл. C 21 D 7/13, 1995), включающий деформацию путем воздействия импульсом давления ударной волны заряда взрывчатого вещества на изделие через ледяной демпфер, метание изделия в емкость, наполненную смесью песка и жидкого азота, где и происходит гашение приобретенной изделием скорости изделия и его охлаждение.

Этот способ имеет следующие недостатки:
1. Сезонность способа т.к. он предполагает создание камеры для закалочной среды в мерзлом (вечномерзлом) грунте.

2. Число операций и время для реализации способа неоправданно велико.

3. Трудоемкость способа велика: изготовление камеры в грунте для закалочной среды; заполнение ее смесью песка и жидкого азота; установление металлической плиты над камерой; точное совмещение изделия с входным отверстием в этой плите; извлечение обработанного изделия из камеры после срабатывания устройства.

4. Чрезмерное использование расходуемых материалов (песок, жидкий азот, металлическая плита).

5. По перечисленным основаниям стоимость способа следует считать высокой.

Известно также использование для промышленной закалки изделия принудительного потока воздуха (см. газету "Красная звезда" от 17 февраля 1996 г. статья В. Герасимова "Амосовский булат").

Целью изобретения является упрощение и снижение стоимости способа. Указанная цель достигается новой совокупностью действий, отличиями которой являются:
1) До срабатывания устройства кумулятивный заряд ВВ с вмещенным в массу ледяного демпфера предварительно намагниченным и охлажденным стержнем (объект обработки) устанавливается на поверхности земли таким образом, чтобы расширяющаяся к выходу заряда ВВ кумулятивная выемка и установленный вдоль ее продольной оси стержень были направлены в зенит (под 90^o к поверхности земли).

2) При срабатывании кумулятивного заряда ВВ металлический стержень метается в зенит. При этом охлаждение стержня и гашение его скорости происходит на траектории полета стержня при взаимодействии его с воздушной средой.

На чертеже показано расположение устройства на поверхности земли перед началом процесса и движение стержня на траектории после срабатывания устройства до падения его на землю, где 1 - заряд ВВ; 2 - металлический стержень (обрабатываемое изделие); 3 - "юбка" на хвостовой части стержня 2; 4 - металлическая линза; 5 - ледяной демпфер; 6 - поверхность земли; 7 - траектория полета стержня.

Устройство для реализации способа состоит из заряда ВВ-1. Заряд ВВ-1 служит для сообщения стержню 2 давления в 150 - 200 кбар.

В заряде ВВ-1 выполнена кумулятивная выемка в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу заряда. Кумулятивная выемка служит при срабатывании заряда ВВ-1 для сообщения движения стержню 2 в осевом направлении.

Вершина кумулятивной выемки прикрыта линзой 4, служащей для одновременного подхода ударной волны взрыва заряда ВВ-1 к поверхности стержня 2.

Весь объем кумулятивной выемки заполнен демпфером 5, состоящим из воды в твердой фазе (лед). Назначение демпфера 5 состоит в передаче стержню 2 давления ударной волны, а также в предохранении его от непосредственного воздействия на стержень 2 продуктов детонации заряда ВВ-1. Демпфер 5 образуется при опускании предварительно намагниченного и охлажденного до - 150^oC металлического стержня 2 в залитую водой кумулятивную выемку. При этом при передаче холода от стержня 2 к воде последняя превращается в лед (демпфер 5).

В массу демпфера 5 вмещено изделие (стержень 2), имеющее вытянутую в одном направлении форму стержня, установленного по оси кумулятивной выемки, стержень 2 в хвостовой своей части имеет уширение "юбку" 3. "Юбка" 3 при движении стержня 2 на траектории служит для стабилизации его полета. Описанное устройство устанавливается на поверхности земли таким образом, чтобы расширяющаяся к выходу заряда ВВ-1 кумулятивная выемка и установленный вдоль ее продольной оси стержень 2 были направлены в зенит (под углом 90^o к поверхности земли 6).

Вариантом способа может быть использование в качестве демпфера 5 замерзшей углекислоты - "сухой лед".

При срабатывании заряда ВВ-1 демпфер 5 с вмещенным в его массу стержнем 2 получает движение в осевом направлении. Одновременно продукты взрыва заряда ВВ-1 передают стержню 2 импульс давления в 150 - 200 кбар.

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

Освобожденное от демпфера 5 изделие 2 движется по траектории 7, при взаимодействии с воздушной средой изделие 2 охлаждается и тормозится. После падения на землю 6 изделие 2 подбирается.

На металлический стержень 2 в течение, примерно, 50 мкс накладываются в беспрерывной последовательности комплекс нагрузок: воздействие глубоким холодом, нагружение импульсом давления, разогрев и метание в атмосферу, где изделие охлаждается, что приводит к образованию плотноупакованной структуры металла.

В заряде ВВ выполняют кумулятивную выемку в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу из заряда. Весь объем кумулятивной выемки заполняют демпфером, состоящим из льда. В демпфер помещают изделие, предварительно намагниченное и охлажденное до -196^oC. Заряд ВВ устанавливают на поверхности земли, расширяющейся частью кумулятивной выемки вверх. Демпфер с изделием ориентируют под углом в 90^o к поверхности земли. Затем заряд ВВ инициируют. Получившее ускорение изделие летит в зенит. При взаимодействии изделия с атмосферой происходит охлаждение и торможение его. В результате воздействия ударной волны взрыва (150 - 200 кбар) на изделие, оно приобретает плотноупакованную структуру. 1 ил.

Способ упрочнения металлических изделий, включающий предварительное намагничивание и охлаждение до -196^oС изделия, помещенного в ледяной демпфер, установку изделия с ледяным демпфером в кумулятивную выемку заряда взрывчатого вещества, расширяющуюся к выходу изделия из заряда, деформацию изделия путем воздействия импульсом давления ударной волны взрывчатого вещества и охлаждение изделия, отличающийся тем, что заряд размещают на земле расширяющейся частью кумулятивной выемки вверх, ориентируя изделие под углом 90^o к поверхности земли, а охлаждение изделия осуществляют в процессе полета его в атмосферу после инициирования заряда.