СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2005 года по МПК B22F7/04 B32B31/20 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве многослойных изделий втулочного типа, в частности, тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

Известен способ изготовления многослойных изделий, выбранный в качестве прототипа, включающий сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, выполненной в виде стакана, имеющего наружный и внутренний патрубки, нанесение на поверхность сборной заготовки смазки, калибровку сборной заготовки посредством деформирования ее патрубков с утонением стенок, закатку, сварку закатанного торца сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку (Король В.К. и Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. - М.: Металлургия, 1970, с.203-205).

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления многослойных изделий, является получение, в ряде случаев, многослойных изделий относительно невысокого качества. Это обусловлено тем, что смазка, наносимая на поверхность сборной заготовки, в процессе калибровки последней попадает на внутренние поверхности ее оболочек в районе открытого торца и остается внутри сборной заготовки после закатки и сварки закатанного торца. В процессе нагрева сборной заготовки при проведении ее термодиффузионной обработки смазка, находящаяся внутри сборной заготовки, сгорает, приводя к образованию вздутий в районе закатанного торца, что является недопустимым дефектом для многослойных изделий.

Основной задачей, на решение которой направлен заявленный способ изготовления многослойных изделий, является повышение качества многослойных изделий.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного способа, является проведение процесса изготовления многослойных изделий, обеспечивающего испарение смазки, попавшей внутрь сборной заготовки, и вывод наружу газообразных продуктов испарения, что снижает газонасыщенность сборной заготовки и способствует получению многослойных изделий требуемого качества.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления многослойных изделий, включающем сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, нанесение на поверхность сборной заготовки смазки, калибровку сборной заготовки посредством деформирования ее патрубков с утонением стенок, закатку, сварку закатанного торца сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку, после закатки сборную заготовку дополнительно подвергают вакуумной сушке, минимальную температуру которой выбирают не менее температуры вспышки наиболее вязкого масла, входящего в состав смазки, используемой при калибровке сборной заготовки, а максимальную - не более температуры рекристаллизации материала оболочки многослойного изделия.

Проведение вакуумной сушки сборной заготовки после ее закатки, осуществляемое в заявленном диапазоне температур, обеспечивает испарение смазки, попавшей внутрь сборной заготовки, и вывод наружу газообразных продуктов испарения, что позволяет уменьшить газонасыщенность сборной заготовки и, соответственно, готового твэла и способствует решению технической задачи, поставленной перед изобретением.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа изготовления многослойных изделий, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “новизна”.

Изучение известных технических решений в данной и смежных областях техники не позволило выявить признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Осуществление дополнительной вакуумной сушки сборных заготовок в заявленном диапазоне температур, проводимой после их закатки, обусловлено необходимостью испарения смазки, попавшей внутрь сборной заготовки, и вывода наружу газообразных продуктов испарения, что снижает газонасыщенность сборной заготовки и повышает качество готовых многослойных изделий. Зазор, образующийся в зоне закатки между наружной и внутренней оболочками сборной заготовки за счет увеличения их диаметральных размеров от температурного расширения, способствует выводу наружу газообразных продуктов испарения, причем выделение происходит как за счет увеличения давления внутри сборной заготовки, так и за счет разрежения атмосферы снаружи сборной заготовки.

Согласно заявляемому изобретению минимальную температуру вакуумной сушки выбирают не менее температуры вспышки наиболее вязкого масла, входящего в состав смазки, используемой при калибровке сборной заготовки, а максимальную - не более температуры рекристаллизации материала оболочки многослойного изделия. Превышение вышеуказанного верхнего предела приводит к рекристаллизации материала оболочки и, как следствие, к получению многослойных изделий с крупнокристаллической структурой оболочки, что, в ряде случаев, недопустимо. Снижение же вышеуказанного нижнего предела приводит к неполному испарению смазки, что способствует получению многослойных изделий относительно невысокого качества за счет появления вздутий их оболочек.

Пример осуществления изобретения.

Заготовки сердечников в виде полых цилиндров из спеченного алюминиевого порошка (САП) устанавливали в заготовки оболочки в виде полых кольцевых стаканов из алюминиевого сплава АМСН2 ТУ 95.2222-90, на поверхность сборных заготовок наносили смазку, состоящую из масла цилиндрового 52 ГОСТ 6411-76 (65-75% масс.) и масла веретенного ОСТ 38.01412-86 (остальное), после чего сборные заготовки калибровали со степенью деформации 4-6% посредством деформирования их патрубков с утонением стенок. Полученные сборные заготовки подвергали закатке, вакуумной сушке, сварке закатанного торца и термодиффузионной обработке. Вакуумную сушку осуществляли в вакуумных сушильных шкафах, при этом температурный диапазон сушки выбирали следующим образом. Минимальную температуру выбирали не менее температуры вспышки масла цилиндрового 52, как наиболее вязкой компоненты смазки, которая, согласно ГОСТ 6411-76, составляла 310°С. Максимальную температуру выбирали не более температуры рекристаллизации материала оболочки, которая, используя рекомендации А.А.Бочвара, равна примерно 0,6 температуры плавления, что для алюминиевого сплава АМСН2 составляет примерно 380°С. Вакуумную сушку сборных заготовок осуществляли при температурах 320, 350 и 370°С, с выдержкой на указанных режимах в течение не менее 2 часов. Разброс температур на сборных заготовках по объему сушильного шкафа составлял ±10°С. В процессе сушки обеспечивали остаточное давление в сушильных шкафах менее 20 мм рт.ст. Контроль готовых многослойных изделий опытных партий показал отсутствие на них вздутий. Проведение вакуумной сушки сборных заготовок при изготовлении промышленных партий многослойных изделий, температура которой составляла показало значительное снижение брака по вздутиям, который составил около 2% вместо 8%, имевших место при производстве многослойных изделий без вакуумной сушки.

Для сравнительной оценки изготавливали многослойные изделия, осуществляя вакуумную сушку сборных заготовок при температуре 250-280, а также 400-420°С, обеспечивая при этом остаточное давление и время выдержки на режиме аналогично указанному выше.

В первом случае контроль готовых многослойных изделий показал наличие брака по вздутиям около 6%.

Во втором случае, при проведении вакуумной сушки сборных заготовок при температуре, превышающей температуру рекристаллизации материала оболочки, имело место появление изделий с крупнокристаллической структурой, что недопустимо. Наличие изделий с крупнокристаллической структурой в данном случае обусловлено проведением вакуумной сушки сборных заготовок после их калибровки со степенью деформации 4-6%, являющейся критической с точки зрения влияния на рост зерна для данного материала оболочки при выбранном технологическом маршруте изготовления.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средства, воплощающие изобретение при его осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно: при изготовлении многослойных изделий втулочного типа, в частности, тепловыделяющих элементов ядерных реакторов;

- для заявленного изобретения в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных средств и методов;

- средства, воплощающие изобретение при его осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве многослойных изделий втулочного типа, в частности тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Заявлен способ изготовления многослойных изделий, включающий сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, нанесение на поверхность сборной заготовки смазки, калибровку сборной заготовки посредством деформирования ее патрубков с утонением стенок, закатку, сварку закатанного торца сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку. Причем, после закатки сборную заготовку подвергают сушке, минимальную температуру которой выбирают не менее температуры вспышки наиболее вязкого масла, входящего в состав смазки, используемой при калибровке сборной заготовки, а максимальную - не более температуры рекристаллизации материала оболочки многослойного изделия. Техническим результатом изобретения является снижение газонасыщенности изделий и уменьшение количества брака по вздутиям за счет обеспечения испарения смазки, попавшей внутрь сборной заготовки, и вывода наружу газообразных продуктов испарения.

Способ изготовления многослойных изделий, включающий сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, нанесение на поверхность сборной заготовки смазки, калибровку сборной заготовки посредством деформирования ее патрубков с утонением стенок, закатку, сварку закатанного торца сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку, отличающийся тем, что после закатки сборную заготовку подвергают сушке, минимальную температуру которой выбирают не менее температуры вспышки наиболее вязкого масла, входящего в состав смазки, используемой при калибровке сборной заготовки, а максимальную - не более температуры рекристаллизации материала оболочки многослойного изделия.