СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ТИПА "КРЫШКА", "ДНО" Российский патент 2014 года по МПК B21K21/00 C21D7/13 

Изобретение относится к способам изготовления изделий типа «крышка», «дно», являющихся комплектующими маршевого и стартового двигателей малогабаритных снарядов (ПТУРСов и ЗУРСов), испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Основное требование к подобным изделиям - равнопрочность во всех направлениях.

Как правило, подобные изделия изготавливают из недорогих хромокремнемарганцевых сталей типа ЗОХГСА; 35ХГСА, которые при упрочняющей термообработке приобретают высокие механические свойства σ_в,δ,ψ, но при этом минимально гарантируемая ударная вязкость невысока - 5,5 кгс м/см² при испытании стандартных продольных образцов. Для безопасной надежной эксплуатации изделий требуется выполнение дополнительных работ, направленных на увеличение ударной вязкости без снижения механических свойств за счет предварительного перепутывания волокон.

Известен способ изготовления поковок с увеличенной ударной вязкостью, включающий изготовление исходной заготовки с объемом, равным объему поковки, нагрев исходной заготовки до температуры пластической деформации, неоднократное выполнение кузнечных операций протяжка-осадка для перепутывания волокон и последующее изготовление пустотелой поковки горячей объемной штамповкой (см. А.Н. Брюханов, «Ковка и объемная штамповка», Москва, Машиностроение, 1975 г., стр.45-52), принятый за прототип.

Недостатки прототипа: способ позволяет несколько увеличить ударную вязкость, но полной гарантии значительного увеличения ударной вязкости во всех зонах полой поковки не удается, зачастую на практике приходится использовать более дорогую хромокремнемарганцевоникелевую сталь типа 30ХГСН2А или более дорогую и сложную в обработке резанием хромоникельмолибденованадиевую сталь типа 30ХН2МФА.

Предлагаемым изобретением решается задача: повышение эксплуатационных свойств изделия.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении ударной вязкости в термически упрочненном состоянии на 20-30% выше минимально гарантированного стандартным режимом термической обработки.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий типа «крышка», «дно», включающем изготовление исходной заготовки, нагревание исходной заготовки до температуры деформирования, изготовление полой поковки объемной штамповкой, упрочняющую термообработку и обработку резанием, новым является то, что поковку изготавливают выдавливанием с преобладанием сжимающих напряжений в условиях всестороннего неравномерного сжатия со степенью деформации более 50%, а нагрев исходной заготовки осуществляют в диапазоне температур от критической температуры полного превращения в аустенит (Ас₃) до максимальной температуры конца деформирования стали при горячей штамповке.

Благодаря тому что поковку изготавливают с преобладанием напряжений сжатия (в условиях всестороннего неравномерного сжатия), а нагрев исходной заготовки осуществляют в диапазоне температур от точки Ас₃ до точки максимальной температуры конца деформирования стали, сталь приобретает структуру аустенита, становится вязкой и пластичной, легко формуется, при этом зерно при нагреве растет незначительно, а при выдавливании со степенью деформации более 50% и последующей рекристаллизации уменьшается, ударная вязкость значительно увеличивается, при этом повышаются эксплуатационные свойства изделия.

Технические решения с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, неизвестны и явным образом из уровня техники не следуют.

Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Способ реализуется следующим образом: для стали, из которой изготавливают изделие, определяют критическую точку АС₃ и максимальную температуру конца деформации, из условия равенства объемов поковки и исходной заготовки и получения при деформировании степени деформации более 50% определяют размеры исходной заготовки, изготавливают исходную заготовку, нагревают исходную заготовку до температуры в диапазоне от точки АС₃ до точки максимальной температуры конца деформирования стали, устанавливают нагретую исходную заготовку в штамп и выдавливают полую поковку в условиях, обеспечивающих в очаге деформации состояние всестороннего неравномерного сжатия.

Использование предлагаемого изобретения проверялось изготовлением трех наименований изделий из хромокремниймарганцевой стали 30ХГСА. Для стали 30ХГСА критическая точка Ас₃=830°С, максимальная температура конца деформации при горячей штамповке 870°С, минимально гарантируемая ударная вязкость после упрочняющей термообработки по стандартному режиму KCU=5,5 кгс м/см².

Пример 1

Изготавливали крышку стартового двигателя ЗУРСа по технологии: изготовили исходную заготовку в виде отрезка прутка с объемом, равным объему поковки с размерами Ø44,2 х 43, нагрели исходную заготовку до температуры 860°С, выдавили на прессе К0036 усилием 400 тс полую поковку типа «стакан» с наружным диаметром D=72 мм, внутренним диаметром d=58,5 мам, высотой Н=23 мм и толщиной дна t=6,5 мм в условиях всестороннего неравномерного сжатия в очаге деформации. Степень деформации более 65% во всех зонах поковки.

Поковку предварительно обработали резанием, произвели упрочняющую термообработку по стандартному режиму. После термообработки из разных зон поковки изготовили тангенциальные и радиальные разрывные и ударные образцы для механических испытаний. Механические свойства всех образцов удовлетворяют заданным требованиям, при этом минимальная ударная вязкость KCU=11,9 кгс м/см².

Пример 2

Изготавливали крышку маршевого двигателя ЗУРСа по технологии: изготовили исходную заготовку в виде отрезка прутка с объемом, равным объему поковки с размерами Ø83,5х56, нагрели исходную заготовку до температуры 860°С, выдавили на прессе К849А усилием 2000 тс полую поковку типа «стакан» с наружным диаметром D=132 мм, внутренним диаметром d=117 мм, высотой Н=60 мм и толщиной дна t=7 мм в условиях всестороннего неравномерного сжатия в очаге деформации. Степень деформации более 70% во всех зонах поковки. Поковку предварительно обработали резанием, произвели упрочняющую термообработку по стандартному режиму. После термообработки из разных зон поковки изготовили продольные, тангенциальные и радиальные разрывные и ударные образцы для механических испытаний. Механические свойства всех образцов удовлетворяют заданным требованиям, при этом минимальная ударная вязкость KCU=7,8 кгс м/см² на радиальном образце. Превышение относительно минимальной величины, гарантируемой ГОСТом для продольных образцов, 7,8/5,5=1,42.

Пример 3

Изготавливали дно стартового двигателя ЗУРСа по технологии: изготовили исходную заготовку в виде отрезка прутка с объемом, равным объему поковки с размерами Ø83,5 х 62, нагрели исходную заготовку до температуры 860°С, выдавили на прессе К849А усилием 2000 тс полую ступенчатую поковку типа «стакан» с максимальным наружным диаметром D=132 мм, максимальным внутренним диаметром d=112 мм, высотой Н=52 мм и минимальной толщиной дна t=7,5 мм в условиях всестороннего неравномерного сжатия в очаге деформации. Степень деформации более 65% во всех зонах поковки. Поковку предварительно обработали резанием, произвели упрочняющую термообработку по стандартному режиму. После термообработки из разных зон поковки изготовили тангенциальные и радиальные разрывные и ударные образцы для механических испытаний. Механические свойства всех образцов удовлетворяют заданным требованиям, при этом минимальная ударная вязкость KCU=8,1 кгс м/см² на тангенциальном образце. Превышение относительно минимальной величины, гарантируемой ГОСТом для продольных образцов, 8,1/5,5=1,47.

Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано при изготовлении изделий типа «крышка» или «дно», например комплектующих маршевого и стартового двигателей малогабаритных снарядов. Из нагретой до температуры деформирования стальной заготовки посредством объемной штамповки выдавливают полую поковку в форме стакана. Нагрев исходной заготовки осуществляют в диапазоне температур от критической температуры полного превращения в аустенит Ас₃ до максимальной температуры конца деформирования стали при горячей штамповке. Выдавливание ведут с преобладанием сжимающих напряжений в условиях всестороннего неравномерного сжатия со степенью деформации более 50%. Затем производят упрочняющую термообработку и обработку резанием. В результате обеспечивается повышение эксплуатационных свойств изделия. 3 пр.

Способ изготовления стальных изделий типа «крышка» или «дно», включающий изготовление исходной заготовки из стали, нагрев ее до температуры деформирования, изготовление полой поковки в форме стакана объемной штамповкой нагретой заготовки, упрочняющую термообработку и обработку резанием, отличающийся тем, что полую поковку изготавливают выдавливанием с преобладанием сжимающих напряжений в условиях всестороннего неравномерного сжатия со степенью деформации более 50%, а нагрев исходной заготовки осуществляют в диапазоне температур от критической температуры полного превращения в аустенит Ас₃ до максимальной температуры конца деформирования стали при горячей штамповке.