СПОСОБ ТЕРМОПРАВКИ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК C21D9/40 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для правки в процессе старения тонкостенных изделий, имеющих цилиндрическую форму, в том числе с переменным диаметром.

Известен способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий (см. книгу И.В.Фиргера «Термическая обработка сплавов», Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1982 г., стр.210-211). Способ позволяет совместить процессы термической обработки с фиксированием требуемой формы. Сущность способа заключается в следующем. Нагретое изделие надевают на оправку и продолжают нагревать их совместно до требуемой температуры, при коэффициенте линейного расширения материала оправки больше коэффициента линейного расширения материала изделия, зазор между оправкой и изделием исчезнет. При охлаждении (со скоростью, соответствующей данному виду термической обработки) одновременно с термической обработкой происходит процесс правки изделия, так как находящееся снаружи изделие охлаждается быстрее, кроме того, масса изделия значительно меньше массы оправки. Если производится высокий отпуск, то после того, как температура охлаждения достигнет 200-300°C, изделие с оправкой помещают в воду, а затем их разъединяют.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- способ нетехнологичный, так как изделие надевают на оправку в нагретом состоянии, а также имеют место трудности при съеме изделий с оправок;

- ограниченная область применения, так как реализовать термоправку цилиндрических изделий с переменным диаметром не всегда возможно;

- наличие технологического отхода изделий по диаметральным размерам;

- существенные материальные, трудовые и энергетические затраты из-за технологического отхода, доработки и замены оправок по причине их низкой стойкости.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения технологичности термоправки, снижения материальных, трудовых и энергетических затрат, расширения области применения.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в надежном обеспечении диаметральных размеров тонкостенных цилиндрических изделий, в том числе с переменным диаметром, термоправкой, совмещенной со старением - процессом упрочнения изделий из мартенситностареющих сталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе термоправки тонкостенных цилиндрических изделий, включающем применение оправки, совместный нагрев изделия с оправкой, выдержку при требуемой температуре и охлаждение, снятие изделия с оправки, новым является то, что изделие изготовляют из мартенситностареющей стали, оправку используют разъемную в упрочненном состоянии, изготовляют ее из легированной стали, имеющей температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделия, устанавливают оправку с натягом на наружную поверхность ненагретого изделия, охлаждают изделие с оправкой на воздухе, освобождают изделие от оправки по завершении охлаждения.

Термоправке подвергают цилиндрические изделия переменного диаметра.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, неизвестны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Предлагаемый способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий из мартенситностареющих сталей в процессе старения реализуется следующим образом.

Фиксируют на наружной цилиндрической поверхности изделия из мартенситностареющей стали разъемную упрочненную оправку. Разъемную оправку изготовляют из двух половинок. Соединяют половинки общей осью с беззазорной посадкой, а противоположные концы стягивают с помощью болтов и гаек при фиксировании оправки на изделии. Изготовляют оправку и ее составные части из легированной стали, в том числе мартенситностареющей, имеющей температурный коэффициент линейного расширения незначительно меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделия во всем диапазоне нагрева до температуры старения. Внутренний диаметр разъемной оправки с сомкнутыми концами выбирают равным наружному диаметру изделия. Установку оправки производят на воздухе с натягом без нагрева изделия с помощью болтов и гаек. Исходя из изложенного, при совместном нагреве, выдержке и охлаждении в любой момент времени между оправкой и изделием сохраняется натяг. Упрочненная оправка с сечением больше, чем сечение изделия, надежно сдерживает деформацию (возникновение эллипсности) изделия вследствие релаксации напряжений при нагреве. Поскольку при старении происходит упрочнение изделия, то требуемая форма изделия, заданная оправкой, сохраняется. После охлаждения системы изделие - оправка на воздухе изделие освобождают от оправки с помощью разъемного соединения.

Пример термоправки изделия цилиндрической формы диаметром мм из мартенситностареющей стали ЧС-4ИД с допуском округлости поверхности в свободном состоянии не более 0,3 мм.

Изделие изготовляют методом ротационного выдавливания с толщиной стенки 0,5 мм. Упрочняют старением при 490±10°C в течение трех часов. После закалки до старения изделия предел прочности σ_в≤110 кгс/мм², предел текучести ≤95 кгс/мм², при твердости 29-33 HRC.

Значения температурного коэффициента линейного расширения стали ЧС-4ИД при нагреве до температуры старения представлены в виде таблицы 1.

Термообработка Температура испытания 20° 100° 200° 300° 400° 500° Закалка α 10^-6 1/град 10,4 10,8 11,2 11,5 11,5 11,3

Разъемную оправку изготовляют из мартенситностареющей стали ЧС-35ИД и используют ее для термоправки изделия в упрочненном, состаренном состоянии с пределом прочности σ_в≥230 кгс/мм² при твердости ≥55 HRC. При сомкнутых концах внутренний диаметр оправки мм. Толщина стенки оправки 5 мм. Значения температурного коэффициента линейного расширения стали ЧС-35ИД в упрочненном, состаренном состоянии при нагреве до температуры 490±10 представлены в виде таблицы 2.

Термообработка Температура испытания 20° 100° 200° 300° 400° 500° Старение α 10^-6 1/град 9,9 10,1 10,3 10,5 10,8 11,1

Термоправку тонкостенных цилиндрических изделий из стали ЧС-4ИД производят следующим образом. Проверяют изделия на соответствие техническим требованиям по округлости и разбивают их на две группы. На изделия с округлостью больше 0,3 мм надевают оправки и стягивают их концы до восстановления допуска на округлость. На изделия с округлостью меньше 0,3 мм надевают оправки и фиксируют их с небольшим натягом. Производят нагрев изделий с оправками на 490±10°C, выдерживают три часа при этой температуре и охлаждают на воздухе. После охлаждения изделия освобождают от оправок с помощью разъемного соединения.

B процессе нагрева изделий первой группы до температуры старения произойдет процесс снятия напряжений, созданных стяжкой концов оправок, а на конечном этапе нагрева и выдержке при температуре 490±10°C в течение 3-х часов произойдет процесс упрочнения изделий до предела прочности σ_в≥195 кгс/мм² и фиксирование требуемой формы.

В процессе нагрева изделий второй группы до температуры старения происходит релаксация напряжений, созданных ротационным выдавливанием, и при отсутствии оправок неизбежно произошло бы изменение формы изделия. Но упрочненная оправка, зафиксированная на изделии с натягом, надежно сдерживает деформацию, а напряжения, созданные ротационным выдавливанием, снимаются в процессе нагрева до температуры старения. Поскольку на конечном этапе нагрева до температуры 490±10°C и выдержке при этой температуре в течение 3-х часов происходит упрочнение изделия до предела прочности σ_в≥195 кгс/мм², то его форма, заданная оправкой, фиксируется.

Если изделие имеет сложную форму и состоит из нескольких цилиндрических частей разного диаметра, то термоправка производится в процессе старения с использованием разъемных оправок соответствующих размеров.

Таким образом, способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий, включающий использование разъемных, жестких, упрочненных, высокой стойкости оправок, имеющих температурный коэффициент линейного расширения во всем диапазоне нагрева до температуры старения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделий, надежно обеспечивает требуемые размеры изделий в процессе старения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для правки в процессе старения тонкостенных изделий, имеющих цилиндрическую форму. Для обеспечения требуемых диаметральных размеров тонкостенных цилиндрических изделий из мартенситностареющей стали на нее устанавливают с натягом разъемную оправку из легированной стали в упрочненном состоянии, имеющую температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделия во всем диапазоне нагрева до температуры старения. Оправку изготавливают из двух половинок, которые соединяют общей осью с беззазорной посадкой, а противоположные концы стягивают с помощью болтов и гаек при установке оправки на изделии. Внутренний диаметр разъемной оправки с сомкнутыми концами выбирают равным наружному диаметру изделия. При совместном нагреве, выдержке и охлаждении в любой момент времени между оправкой и изделием сохраняется натяг. При старении происходит упрочнение изделия и требуемая форма изделия, заданная оправкой, сохраняется. После охлаждения системы изделие - оправка на воздухе изделие освобождают от оправки с помощью разъемного соединения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

1. Способ термоправки тонкостенного цилиндрического изделия из мартенситностареющей стали, включающий установку изделия в оправке, совместный нагрев изделия с оправкой, выдержку при требуемой температуре, охлаждение и освобождение изделия от оправки после охлаждения, отличающийся тем, что используют разъемную оправку из легированной стали в упрочненном состоянии, имеющей температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения стали изделия, при этом оправку устанавливают с натягом на наружную поверхность ненагретого изделия, а охлаждение изделия с оправкой ведут на воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоправке подвергают цилиндрическое изделие, состоящее из частей разного диаметра.