Способ изготовления кольцевых изделий Российский патент 2024 года по МПК B21K21/00 B21J1/06 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения кольцевых изделий, а именно цельнокатаных колец.

Из уровня техники известен способ производства кольцевых изделий (патент на изобретение № 2465979, опубл. 10.11.2012г), заключающийся в том, сначала осуществляют осадку заготовки коническими бойками с плоскими площадками диаметром, равным диаметру прошиваемого отверстия, затем плоскими бойками. Затем осуществляют прошивку осевого отверстия заготовки и раскатку до конечных размеров кольцевого изделия.

Также известен способ изготовления крупногабаритных профильных кольцевых изделий из коррозионностойкой жаропрочной стали (патент на изобретение № 2792019, опубл. 15.03.2023г.), заключающийся в том, что кольцевую заготовку получают путем осадки и последующей прошивки слитка электрошлакового переплава диаметром 700 мм. Из кольцевой заготовки горячей протяжкой, калибровкой и горячей раскаткой получают кольцевую заготовку прямоугольного сечения. Заготовку подвергают деформации на экспандере до формирования необходимого профиля за три цикла, каждый из которых включает нагрев и экспандирование. Термическую обработку профильного изделия осуществляют путем закалки при температуре 1110-1130°С, выдержки 2,0-3,0 часа, охлаждения в масле в течение 3-4 минут. Затем производят отпуск при температуре 670-690°С с выдержкой 7 часов и охлаждение на воздухе.

Известен способ изготовления кольцевых изделий (патент на изобретение № 2780796, опубл. 30.09.2022г.), включающий осадку заготовки, формование из нее кольцевой поковки методом горячей объемной штамповки в закрытых штампах, прошивку центрального отверстия и раскатку поковки, при этом формование кольцевой поковки осуществляют за три перехода, включающих осадку, предварительную штамповку и окончательную штамповку, а раскатанную поковку подвергают экспандированию внутреннего диаметра в горячем состоянии на разжимном станке с числовым программным управлением.

Указанное решение выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога.

Недостатками известных аналогов является отсутствие стабильности геометрических параметров цельнокатаных колец из углеродистой стали марки 55 по ГОСТ 1050-2013 из-за разнозернистой микроструктуры после операции экспандирования.

Технической проблемой, решаемой заявляемым решением, является обеспечение стабильного уровня физико-механических свойств и геометрических параметров цельнокатаных колец.

Техническим результатом является получение равномерной мелкозернистой микроструктуры стали, что в свою очередь обеспечивает стабильность физико-механических свойств стали и геометрических параметров цельнокатаных колец.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления кольцевых изделий, включающем нагрев заготовки и ее осадку, прошивку отверстия, раскатку поковки с последующим экспандированием ее внутреннего диаметра, согласно предлагаемому изобретению, нагрев заготовки осуществляют до температуры 1250°С, раскатку поковки осуществляют при температуре 1150-1200°С, экспандирование производят при температуре 800-900°С с последующим ускоренным охлаждением заготовки сжатым воздухом с расходом 140 м³/час.

С увеличением степени переохлаждения, то есть с понижением температуры изотермической выдержки, количество феррита избыточного (цементита вторичного) уменьшается и при некоторой температуре его выделение подавляется совсем. В связи с чем предложенный температурный режим обработки заготовки с последующим ускоренным охлаждением заготовки после экспандирования внутреннего диаметра в струе сжатого воздуха с расходом 140 м³/час обеспечивает получения равномерной мелкозернистой микроструктуры, что в свою очередь приводит к обеспечению стабильного уровня физико-механических свойств и геометрических параметров цельнокатаных колец.

Сущность заявляемого технического решения поясняется на фотографиях, содержащих изображение микроструктуры материала, полученной в результате применения заявляемого способа, а именно, на фиг. 1 представлен образец №1, фото микроструктуры, увеличение х100, на фиг. 2 - образец №2, фото микроструктуры, увеличение х100 образец №1, на фиг. 3 – образец №3 - фото микроструктуры, увеличение х100.

Способ изготовления кольцевых изделий включает нагрев заготовки до температуры 1250°С и ее осадку. Затем осуществляют прошивку отверстия и раскатку поковки при температуре 1150-1200°С с последующим экспандированием ее внутреннего диаметра при температуре 800-900°С. После операции экспандирования осуществляют ускоренное охлаждение заготовки сжатым воздухом с расходом 140 м³/час.

Стабильность процесса обеспечивается связью технологических температур ковки, раскатки и соответствующих операций с выходом на конечный температурный режим (800-900°С) при экспандировании.

В качестве примеров конкретного выполнения были изготовлены три образца цельнокатаных колец из стали марки 55 (ГОСТ 1050-2013) ø1914±5 х ø1710⁺⁵_-8 х 144±4 мм (критические точки полиморфного превращения стали 55 Ac1=725, Ac3(Acm) = 755, Ar3(Arcm) = 750, Ar1= 690).

Все образцы нагревали до ковочной температуры от 1250°С, после чего осуществляли пластическую деформацию - осадку заготовок и прошивку отверстий. Далее производилась раскатка при температуре 1150-1200°С.

Таблица 1. Величина действительного зерна от параметров температуры процесса изготовления колец.

№ образца Температура ковочная,°С Температура раскатки, °С Температура экспандирования, °С Величина действительного зерна по ГОСТ 5639 1 1250 1150 800 7 2 1250 1180 860 7 3 1250 1200 900 6

Экспандирование первого образца осуществлялось при температуре 800°С, экспандирование второго образца – при температуре 860°С, экспандирование третьего образца – при температуре 900°С, при этом параметр температуры раскатки первого образца составил 1150°С, второго-1180°С и третьего-1200°С.

После операции экспандирования образцы прошли ускоренное охлаждение при помощи промышленного аэратора ПАМ-32 мощностью 5,5 кВт при расходе сжатого воздуха 140 м³/час.

Полученная микроструктура равномерно распределена, однородна и представляет собой перлит и феррит по границам зерен, величина зерна по ГОСТ 5639 соответствует 6 номеру на образце №3 и 7 номеру на образцах №№1,2.

При этом уровень физико-механических свойств подтверждает технические требования, предъявляемые к цельнораскатным кольцам из стали марки 55 ГОСТ 1050-2013:

Таблица 2. Уровень физико-механических свойств.

Номер образца Механический свойства Твердость по Бринеллю, НВ Предел текучести σ_τ, кгс/мм² Временное сопротивление σ_в, кгс/мм² Относительное сужение ψ, % 1 41,0 77,0 34,0 217 2 40,0 76,0 35,0 217 3 41,5 78,0 32,0 229 По чертежу ≥37 ≥62 ≥28 ≤255

Геометрические параметры цельнокатаных колец соответствуют требуемым. Овальность конусность, неплоскостность обеспечены в пределах допуска на размеры.

Таблица 3. Стабильность геометрических параметров по результатам измерительного контроля.

Номер образца Внешний диаметр, мм Внутренний диаметр, мм Высота, мм 1 1916 1708 146 2 1914 1711 144 3 1913 1709 144 Чертеж 1914±5 1710⁺⁵_-8 144±4

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения кольцевых изделий. Используют заготовку из стали, которую нагревают до температуры 1250°С. Осуществляют осадку заготовки и прошивку в ней отверстия. Производят раскатку полученной поковки при температуре 1150-1200°С с последующим экспандированием ее внутреннего диаметра. Экспандирование осуществляют при температуре 800-900°С с последующим ускоренным охлаждением сжатым воздухом с расходом 140 м³/ч. В результате обеспечивается получение равномерной мелкозернистой микроструктуры и, следовательно, стабильность физико-механических свойств и геометрических параметров цельнокатаных колец. 3 ил., 3 табл., 3 пр.

Способ изготовления кольцевых изделий, включающий нагрев заготовки, ее осадку, прошивку отверстия, раскатку полученной поковки с последующим экспандированием ее внутреннего диаметра, отличающийся тем, что используют заготовку из стали, которую нагревают до температуры 1250°С, раскатку поковки осуществляют при температуре 1150-1200°С, а экспандирование внутреннего диаметра поковки проводят при температуре 800-900°С с последующим ускоренным охлаждением сжатым воздухом с расходом 140 м³/ч.