Способ упрочнения стальных изделий Советский патент 1944 года по МПК C21D1/42 C21D9/40 

В изделиях кольцевого или трубчатого сечения, испытывающих R процессе с. давление, направ.leifHoe от центра по радиусу (например, в стволах артиллерийских орудий, трубопроводах высокого лавления, протяжных кольцах и др.), имеет место очень неравномерное использован1 е (eтaллa - высокие }гапряжения .вг1утренних слоев и очень незначительные напряжении в наружных с;юях.

Для упрочнения подобных изделий прибегают к искусственному созданию растягивающих напряжений в наружных слоях изделия и за этот счёт сжимающих напряжений во внутренних елоях. В службе, упрочнённого таким способом изделия, при создании внутри его рабочих давлений, напряжения сжатия внутренних слоев сначала уменьщаются, а затем, перейдя через нулевое значение, становятся растягивающими, но по абсолютной величине меньщими, чем получаемые в 1гзде;лии, не подвергавщелгся упрочнению. Что же касается наружных слоев, то растягивающие напряжения в них будут возрастать, но не превысят допустимых напряжений, если, конечно, выбор условий

упрочнения оыл произведен вилььго.

Эт) же задачу упрочнения изделия ко.тьцевого :т трубчатого сечения, которую в технике решают таким с.южным методом, как иапивка на изде,1ие то.чстой квадратной полосы, надевание специальных колец и, накоиец, применяемый Б орудийной промышленности автофрстаж, предназначен решать способ согласно настоящему изоб етению.

Особенностью предлагаемого способа является то, что созданиевысоких напряжений сжатия внутpeHHifx слоев изделия достигается путём быстрого нагрева поверхностных слоев изделия (на глубнн 0,2-0,3 толщины стенки) тхжалш высокой частоты до телшературьг пластичности стали, т. е. выше 700 С, а затем быстрого ох,1аждония.

Возможность достижения поставленной дели, т. е. нагрева быстрогои B iecTe с телг ограниченного то,.тько заданной толщиной с,тоя, при Iiндyкциoннo г нагреве опре.1еляет ся тем, что иутём выбора частоты и удельной мощности можно обеспечить нагрев с кривой распродг-,1ен)(я темпе атуры но глхбине, близкой к прямоугольнику.

Иначе говоря, можно почти : 1гновенно нагреть слой любой толщины при сохраненпп остальной массы те.та в холодном состоянии. Важной н очень .по.тезной при этом является, так сказать, автоматичность процесса, т. е. зависимость его лишь от ряда легко устанавливаемых пара.метров. что даёт однородность результатов, столь важную при массовом применении процесса. Пользуясь такого рода нагревом, люжно создать в кольце весьма большие напряжения, б. изкие к иредельным. В конечном счёте массивное тело кольца и, трубки при отсутствии jiuemtfnx воздействий будет иметь весьма большие растягивающие напряжения в некотором наружном с.юе ко.тьца толщКНОЙ, равной 0,2-0,3 его общей толщины. Эти напряжения достаточно равномерно расп)еделены по глубине, создавая громадное упругое сжатие внутренней части кольца. Сон-ершенно очевидно, что такого рода кольцо при создании иа его виутреищою поверхность давления даёт 1-ораздо бо.тьщее использование, металла, так как наружные слои кольца при полном внутрен|ем давлении будут напряжены до предельно допустимых значений.

Подвергнутое многократным повторным нагрузкам, которые всегда имеют место в подобного рода деталях, такое кольцо покажет значительно больщую стойкость, как это- п подтвердили опыты, почему этому- процессу и должны подвергаться детали при их изготов.тении.

Технология процесса почти совершенно тождественна с гфоцесi:oAi индукционной закалки пли осадки колец и состоит в следуюпхеы.

Кольцо протяжной .1атрицы или какой-либо цилиндр изготовляется с внутренним диаметром, несколько превышающим тот диаметр, который должен быть в оконнательном 1шде. Затем оно помещается в кольцевой индуктор, питаемый .током г овышенной ши вьгсокой, а иногда и низкой частоты. Через индуктор

пропускается ток достаточно больщой силы, вызывающий нагрев в очень короткое время наружио1о слоя ТОЛЩИНОЙ {0,2---0,3) В, деВ- толщина кольца, до температуры пластичности металла, т. е. до 700-900 С. При этом греется лишь наружный слой кольца, середина же его , остаётся холодной. Весь процесс нагрева занимает ири щирине В 20 мм около 1 - 2 сек.

После нагрева кольцо быстро охлаждается в соответствующей среде, определяемой маркой стали и массой изделия. Этим процесс упрочнения заканчивается.

Описанные выще напряжения в кольце возникают за счёт того, что во время нагрева наружного с.юя кольца на значительную i л бину металл его стремится расшириться, чему ирепятствует связанная с ними наружная х юдиая, а нотому не (ласти4чная, часть, составляющая 0,7-0,8 ширины кольца. При этом наружная часть претерпевает 6o. пластическую деформацию. После быстрого охлаждения обус.юв.ченные этим напряжения переходят в растягивающие.

Глубина нагретого слоя и, главное, равномерность температуры в нём по всей глубине создают предельно достижимое сжатие внутренних частей кольца, без разрушения наружной его части, так как при громадн1 1х общих усп.тиях, создаваемых эти. слоем, напряжения в нём расп)еде,тены на достаточно большой площади.

Подобной равномерности невозможно достигнуть никаки.м другим известным методом нагрева.

Процесс легко может быть автоматизирован, что его значительно ускорит.

Для кольца шириной 20 IMM один генератор, при достаточной его мощности, даёт производительность около 1000-2000 колец в час.

Области применения упрочнения по данному методу охватывают протяжные матрпцы, ци:шндры двигателей п насосов и т. п. паропроводы и воздухог1)оводы высокого давления, орудийные стволы, стволы ручпого оружпя, трубы с толоР.ОП стенкой, работающие на изгиб,

I Т Д.

Предмет и 3 о б р е т е II п и

Способ упрочнения стальных изделий кольцевого или трубчатого течения п}тём создания растягивагшлттх папряженнй в наружных c;io5IX и сжимающих напряжении во г-нутренних слоях изделия, о т л и чаю щ и и с я тем, что изде.тия быстро нагревают снаружи токами ВЫСОКО частоты на глубину, равную 0,2-0,3 толщины стенки, до тe иIepaтypы пластичности стали, т. е, выще 700-С, а затем охлаждают.