СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ ЗАГОТОВКИ СТВОЛЬНОЙ КОРОБКИ Российский патент 2014 года по МПК C21D9/10 F41A3/66 

Изобретение относится к способу термообработки заготовки ствольной коробки стрелкового оружия, в частности ствольной коробки для высокоточных карабинов или снайперских винтовок.

Известна технология изготовления ствольной коробки по патенту ЕР 0130253 А2, 09.01.1985, выбранная в качестве аналога и включающая различные этапы технологического процесса, кроме упоминания о термообработке. Недостатки аналога заключаются в том, что в описании к указанному патенту нет упоминания о важной с точки зрения изготовления ствольных коробок операции по термообработке, влияющей на структуру металла.

Известна технология изготовления ствольной коробки по патенту US 2011/0099868 A1, 05.05.2011, выбранная в качестве прототипа и включающая этап термообработки в ходе технологического процесса. Недостатки прототипа заключаются в том, что этап термообработки упоминается в описании только в качестве наименования операции без указания наиболее важных значений и параметров термообработки, влияющих на параметры ствольной коробки при изготовлении.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении стабильности и стойкости ствольной коробки в нормальной и критической ситуации в процессе стрельбы за счет стабильной и однородной структуры металла ствольной коробки. Помимо этого изобретение направлено на снятие остаточных напряжений и предотвращение их появления в процессе изготовления ствольной коробки. Стабильность и стойкость структуры металла обеспечивается термообработкой-закалкой.

Технический результат достигается тем, что способ термообработки заготовки ствольной коробки из мартенситно-стареющей стали включает нагрев заготовки в застойном аргоне до температуры 710-720°С, выдержку при переходе из альфа-фазы в гамма-фазу, закалку заготовки при температуре 1000°С, охлаждение заготовки в проточном аргоне с выдержкой при температуре перехода из гамма-фазы в альфа-фазу при скорости охлаждения 30-35°С в минуту.

Приемлемым способом для достижения стабильности структуры металла в процессе стрельбы является щадящий нагрев до температуры закалки и последующее умеренное охлаждение. Для такой термообработки целесообразным является нагрев в печах с защитой инертным газом.

Приемлемым способом для обеспечения однородной структуры металла является нагрев его в печи сопротивления с инертной защитой, например аргоном. Щадящий нагрев в процессе термообработки, выдержка при температуре перехода α (альфа) фазы в γ (гамма) фазу и умеренное охлаждение позволяют получить однородную структуру (без коробления) и предотвратить опасность появления остаточных напряжений в металле. Кроме того, данный нагрев позволяет обеспечить равномерное распределение химических элементов в структуре металла.

Процесс термообработки осуществляется следующим образом.

Заготовку, сталь О3Х11Н10М2Т, размещают в печи, подвешивая ее в захватах. Это позволяет осуществить равномерный нагрев по сечению заготовки. Аргон в печи - застойный. Скорость нагрева 25-35°С в минуту позволяет прогревать заготовку равномерно от поверхности до центра прутка. Застойная зона аргона предотвращает окисление поверхности и образование окалины. При температуре 710-720°С делается выдержка 10-15 минут. В процессе выдержки происходит переход α (альфа) фазы в γ (гамма) фазу. Возникающие изменения структуры при постоянной температуре, да к тому же медленное, исключает коробление прутка. Затем после окончания выдержки продолжают нагрев с той же скоростью заготовки, доводят до температуры 1000±1=10°С и затем осуществляют выдержку в течение 10-15 минут. Если говорить о роли медленного нагрева, выдержки на стадии нагрева и последующего медленного нагрева, то можно отметить, что изменение структуры происходило в благоприятном режиме. То есть отмечалась стабильная температура и стабильный переход параметра решетки из α (альфа) фазы в γ (гамма) фазу. Одновременно с этим предотвращалось образование зональной ликвации, вызванной различным энергетическим состоянием легирующих элементов, содержащихся в стали О3Х11Н10М2Т, а также разной α (альфа) фазы и γ (гамма) фазы величиной атомного радиуса.

Охлаждение с температуры 1000°С осуществляли в рамках умеренной скорости, не превышающей 30-35°С в минуту. Аргон подавали на проток. При температуре 710-715°С делали выдержку в течение 15-20 минут. Ее необходимость была вызвана тем, что в центре гранецентрированного куба γ (гамма) решетки при температуре свыше 750°С образуется пора диаметром 1,02 атома на ячейку, в которой размещается углерод, вызывая увеличение размера решетки (γ) гамма-железа. Размещаясь там, углерод отдает свои электроны с внешней валентной оболочки, превращаясь в ион углерода. Однако при переходе из γ (гамма) фазы в α (альфа) фазу при температуре 723°С ионы углерода вынуждены покидать решетку, ведь растворимость углерода в (α) альфа-железе ничтожно мала (менее 0,02%), тогда как в (γ) гамма-железе оно в сто раз больше (до 2%). Таким образом, выдержка при температуре 723°С позволяет стабилизировать структуру металла за счет диффузионных процессов без появления ликвации, в том числе зональных. Ниже приведен пример осуществления предложенного способа. Ствольная коробка изготавливается из стали мартенситно-стареющего класса О3Х11Н10М2Т. Пруток металла из этой стали диаметром 35 мм и длиной 210 мм размещают в печи сопротивления в вертикальном положении. Нагрев заготовки осуществляют со скоростью 25-35°С в минуту. При достижении температуры 715±10°С осуществляют выдержку в течение 10-15 минут. После окончания выдержки продолжают нагрев заготовки и при достижении температуры 1000±10°С осуществляют выдержку 10-15 минут. Нагрев производят в застойной зоне аргона при давлении аргона 0,1 атм. С окончанием выдержки осуществляют охлаждение заготовки, подавая аргон на проток. Давление составляет 0,1-0,2 атм. При температуре 710-715°C делают выдержку 15-20 минут. Аргон при этом должен быть застойным при давлении 0,1 атм. После окончания выдержки продолжают процесс охлаждения заготовки в аргоне на проток, не превышая при этом скорость охлаждения 30-35°С в минуту. При температуре 70-100°С заготовку извлекают из объема печи и передают на обработку, предусмотренную технологическим процессом. Начальной стадией существующей программы была контрольная операция, включающая оценку однородности структуры, величину зерна, отсутствие или наличие ликвации в структуре и коробление поверхности. Контроль заготовки показал полное соответствие металла данным требованиям по структуре, величине зерна, отсутствие ликвации и короблений прутка.

Изобретение относится к области термической обработки. Для повышения стабильности и стойкости ствольной коробки, выполненной из мартенситно-стареющей стали, в нормальной и критической ситуации в процессе стрельбы за счет обеспечения стабильной и однородной структуры стали заготовку ствольной коробки сначала нагревают в застойном аргоне до температуры 710-720°С со скоростью нагрева 25-35°С в минуту, выдерживают в течение времени, обеспечивающего переход из альфа-фазы в гамма-фазу, а затем - до температуры закалки 1000°С и охлаждают заготовку в проточном аргоне с выдержкой при температуре перехода из гамма-фазы в альфа-фазу при скорости охлаждения 30-35°С в минуту. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ термообработки заготовки ствольной коробки из мартенситно-стареющей стали, включающий нагрев заготовки в застойном аргоне, выдержку и охлаждение, отличающийся тем, что нагрев заготовки в застойном аргоне осуществляют сначала до температуры 710-720°С со скоростью нагрева 25-35°С в минуту и с выдержкой в течение времени, обеспечивающей переход из альфа-фазы в гамма-фазу, а затем до температуры закалки 1000°С, при этом охлаждение заготовки осуществляют в проточном аргоне с выдержкой при температуре перехода из гамма-фазы в альфа-фазу при скорости охлаждения 30-35°С в минуту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовка выполнена из мартенситно-стареющей стали 03Х11Н10М2Т.