Способ обработки резьбовых деталей

Авторы патента:

C22F1 - Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов термообработкой или горячей или холодной обработкой (устройства для механической обработки металлов B21,B23,B24)

C21D7/04 - поверхности

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий нагрев и по .верхностное упрочнение резьбовой части , отличающийся тем, что, с целью повьшения сопротивления ползучести, поверхностное упрочнение .резьбовой части осуществляют путем нагружения резьбовой детали до величины

COOS C0BETGHNX

РЕСПУБЛИК ав оо угу . ь" ; "м

3)l

; Яс

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET ССОР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3486863/22-02 (22) 05.07.82 (46) 07.07.84., Бюл. Ф 25 (72) Г.В.Васильев, А.П.Власов и Б.И.Лукьянов (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н.Туполе- ва (53) 621. 785. 79(088. 8) (56) 1. Hsaíîâà В.С., Гордиенко Л.К.

Новые пути повышения прочности металлов. М., "Наука", 1964, с. 118.

2. Авторское свидетельство СССР

И 411140, кл. С 21 D 7/04, 1972. (54)(57) 1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий нагрев и по:верхностное упрочнение резьбовой часy g С 22 F 1/00 С 21 0 7/04 ти, отличающийся тем, что, с целью повышения сопротивления

1 ползучести, поверхностное упрочнение

;резьбовой части осуществляют путем нагружения резьбовой детали до величины (0,8-0,,9)6< с одновременным т наложением вибрационной нагрузки.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что нагрев резьбовых деталей из титановых сплавов провоо дят до температуры на 100-200 С,выше рабочей температуры деталей.

3. Способ по пп. 1 и 2, .о т л ич а ю шийся тем, что накладывают вибрационную нагрузку частотрй

80-140 Гц и амплитудой 0 06-0,07 от Я величины предварительного.нагружения резьбовой детали.

7б сопротивляемости ползучести крепежных резьбовых изделий, полученных холодной высадкой с накатанной резьбой и термически упрочненных (например, из титановых сплавов, широко применяемых в авиационной и других отраслях промышленности), когда в процессе изготовления детали получают значительное деформационное, поверхностное и термическое упрочнение и рекомендуемая степень деформации гладкой части является для них разрушающей, а поверхностный наклеп реэьбовой части излишним. Известный способ трудоемок: он включает три операции, осуществляемые отдельно, а для упрочнения резьбовой части необходимо специальное приспособление.

Одновременное проведение операций растяжения гладкой части и поверхностного наклепа резьбовой части при рабочей температуре (выше 673 К) .сопряжено с большими техническими трудностями.

Кроме того,. детали, предназначенные для работы при температуре ниже 673 К, должны растягиваться со степенью деформации 4-60Х при комнатной температуре. Осуществить растяжение с такой степенью деформации возможно не для каждого материала. Так, например, титановый сплав ВТ16 после серийной термообработки имеет относительное удлинение при разрыве S = 4-6X, a если учесть, что резьбовые детали из титановых сплавов, упрочняемые предлагаемым способом, получают методом холодной высадки с накатыванием резьбы, в результате чего детали ,являются уже деформационно упрочненными с высокой степенью насыщения, что еще более понижает их деформационную способность, то становятся понятнжи трудности осуществления столь больших. деформаций, которые нужно проводить в дополнение к имеющимся

Наиболее близкиМ по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ обработки изделий, включающий термическую обработку изделий, например, крепежных резьбовых, поверхНостный наклеп резьбовой части, одно- или многократное растяжение гладкой части, равномерное IIo длине и сечению, 45 со степенью деформации 4-60Х, Растяжение изделий производится при комнатной температуре, если они предназначены для работы при температуре ниже 673 К, и при рабочей температуре, если изделия предназначены для

50 . работы при температуре выше 673 К, но ниже температуры рекристаллизации. Этим достигается повышение релаксационной стойкости крепежных резьбовых изделий при стабилизации 55 их механических свойств (2) .

Однако известный способ обработки .не может быть применен для повышения

Целью изобретения является повышение сопротивления ползучести.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему нагрев и поверхностное упрочнение резьбовой части, поверхностное упрочнение резьбовой части осуществляют путем нагружения реэьбовой детали до величины (0,8-0,9) б с одновременным наложением вибрационной нагрузки.

1 11014

Изобретение относится к машино= строению, преимущественно аиационному, и может быть использовано при обработке резьбовых соединений для повышения их сопротивляемости ползучести.

Известен способ упрочнения металлов и сплавов, включающий деформацию металлического изделия с последующей термической обработкой (1) . !

Недостатком способа является то, что при обработке резьбовых соединений с целью повышения их сопротивляемости ползучести, он может быть применен эффективно, лишь для упрочне 15 ния гладкой части соединения и не позволяет получать столь же эффектив-! ное упрочнение собственно резьбовой пары, представляющей собой конструкцию (гайка, стержень болта на длине 20 свинчивания, сопряженная. резьба), с различным напряженным состоянием и временем релаксации всех элементов, так как в такой конструкции упрочнение связано с выравниванием нагруз-2s ки по виткам резьбы и созданием в

:основании витков остаточных микропластических деформаций обратного знака, что должно привести после обработки к уменьшению шага резьбы болта (или увеличению шага резьбы гайки) и, сле довательно, к рагруэке первых рабочих витков при установке упрочненного соединения в рабочее положение под нагрузкой.

35 з 11014

Нагрев резьбовых деталей из титановых сплавов проводят до температуры на 100-200 С вьпре рабочей темпео ратуры детали.

Накладывают вибрационную нагрузку с частотой 80-140 Гц и амплитудой

0,06-0,07 от величины предварительного нагружения резьбовой детали.

Повькение сопротивляемости ползучести резьбового соединения достига- 10 ется за счет наложения вибрационных нагрузок, ускоряющих процесс выравни-вания нагрузки по виткам резьбы и приводящих в результате многократных догружений и разгрузок в условиях ас-15 симетричного цикла к накоплению в основании витков остаточных микроплас. тических деформаций обратного знака, что ведет к уменьшению шага резьбы болта (или увеличению шага резьбы 2О гайки) после разгрузки соединения.

Эффект повышения сопротивляемости ползучести достигается также за счет деформационного упрочнения, когда превалирующими являются макропласти- 25 ческие деформации, а за счет микропластических деформаций при ползучес- . тй, что является более предпочтитель- . ным для резьбовых соединений, работающих при повышенных температурах, с ЗО точки зрения устойчивости эффекта уппрочнеиия. Это хорошо согласуется с теорией дислокаций.

Режимы обработки подбираются по кривым ползучести собственно реэьбовой пары, снимаемым в процессе упрочнения: наиболее выгодным режимом считается тот, при котором вибрации за-; медляют процесс ползучести, по сравнению с испытанием без вибраций, в наибольшей степени.

Замер деформации ползучести собственно резьбовой пары в соединениях

c,ðåçüáîâûìè деталями больших диаметров может быть осуществлен непосредственно, а, с деталями небольших диаметров (например, M8) вЂ” косвенным методом.

Для определения ползучести и вибро полэучести собственно резьбовой па1 ры косвенным методом испытывалисЬ образцы гладкие и с резьбовым участком. Гладкий образец имеет размеры гладкой части болта (So мм), у образца с резьбовым участком длина нарезки резьбы такая же, как резьбовая часть болта (20 мм). По кривым ползучести испытанных образцов и соединения путем вычитания, основанного на предположении -аддитивности деформации ползучести, определялась деформация ползучести собственно резьбовой пары: деформация ползучести свободного резьбового участка длиной 14 ии (не занятого под- гай- кой) определялась по деформации ползучести резьбового участка длиной

20 мм пропорциональным делением также согласно свойству аддитивности деформации. Это позволяет находить суммарную ползучесть гладкой части и свободного резьбового участка, которая вычиталась из деформации ползучести соединения, давая в результате деформацию ползучести собственно резьбовой пары. Ниже приведен ., пример определения режима обработки соединения с применением косвенного метода определения деформации полC зучести в собственно резьбовой паре.

В табл. 1 приведены результаты расчета деформации ползучести собст венно резьбовой пары из сплава ВТ16 ,. при температуре обработки 623 К и .статическом напряжении в стержне

- резьбовой части 640 MIla с вибрациями.

Кроме того, обработка гладкой и: реэьбовой частей осуществляется одно. временно, без применения каких-либо дополнительных средств.

Предлагаемым способом проводили обработку резьбовых соединений типа 40 болт-гайки с резьбой MS из титановых сплавов ВТ16 и ВТ3-1.

Образец изготавливался по серийной технОлогии изготовления болтов" иэ ти- тановых сплавов. Резьба получена на. вЂ” <5 катыванием. До накатывания резьбы рабочая поверхность образца упрочнялась деформацией по технологии изготовления титановых болтов холодной высадкой. Гайка вЂ” стандартная, изготавливалась так же как и термообра-. ботка,деталей соединения, по серийной технологии.

70 4

1101470

Таблица 1

Исследуемый объект,Г

Обозначения и расчет При вибрациях, Без вибрации

60(15) 32(18) Образец гладкий

Образец с резьбовым участком а р

85 (14) 50(17) Свободой резьбовой участок 20 ми

Ь д р 4 гл

25.al1 - -- 43 "14

14 20

Свободный реэьбовой участок 14 им

17,5

12,6

Гладкая часть + сво, бодный резьбовой участок 14 ии гл И

44,6

77,5 Резьбовое соединение

73 (16) 95(13) pa, 4 (4 л+

+ ьХ, Собственно резьбовая пара

28,4

17,5 установлены силовые и температурные границы режимов обработки реэь-.

:бовых соединений предлагаемым спосо бом: статическое напряжение в резьбовой части соединения (стержень по внутреннему диаметру резьбы) (0,80,9)бо, частота вибраций, накладыI ваеиых на статическое напряжение, 80-140 Гц, амплитуда вибрационных нагрузок составляет 0,06-0,07 от статического напряжения.

Температура обработки as 100200 градусов выпе той, при которой будет работать упрочняемое соединейие, что должно быть всегда ниже температуры рекристаллизации. Испытания на ползучесть обработанных по указанному режиму резьбовых соединений.показали, это эффект повышения сопротивляемости ползучести наблюда.ется при всех напряжениях испытания, вплоть до условного предела текучасти.

4р Режимы обработки резьбовых соединений M8 as сплава ВТ16 предлагаемым способом получением результата, а также свойства изделий, обработанных известньи способом, приведены s

45 : st. 2, 1101470

Э I

Ж I

Э и съем !со о 1!

Р I и Ъ

С»»0

0(Э Н онu

p,хо

l ф 4»»

Э л э I u

g 0 ф л

lO а А

С0 Э СОХАМ

i э охи

uас0НД! Э I, X O I0 Э u 8 õ

Н Э с6 Э

6» Ж

Э 1 Й ф !»с о аs-о ое ос с аОЕ с!

1 1 1 1 ф о 1

X Э 1 р81 1 ф Э с Х I

Ха0у1 аМ Ф и I

Р Н 1

1 Э ф 3

Р» Ж

lO 16

О 60

Н .»:с э о ж е

5 3 f» 0I Й

0f иО0 аж оее

»О сЧ

lO»О

О О О

° »

° » ° »

О О сЧ О Л

О О

В» A

О О с ъ . сч

»О

О О

° » Фь

О О

I Э Ж

Ioв»

1 1

5) фа

lO Ж

»0 i

0l С6 0 и K I0 Р Ъ- » И

Э 10 i !

6 ф-1 %6

» 1»»п

Р» ) Н Ж

1 Н

I u

1 с6

1:г

° » ф ф

Н !» 1

1 ф

Э Н.1

I u О

I М

Э !6

16 ф Э ф ф ф

° »»» ° »

О О О

О а о,! 1

О!

Й31

1»

I ) I, Р»

l Ф

»0 D

Э ф 10

Ж Э О и Р е! ! !

-g6 л .уф ф фНa(4

X C4 »0% с»ъ с Ъ с Ъ сЧ Ch л сО C) С»Ъ С»Ъ сч О л с» \ с»Ъ сч

ИЪ О

1 Ж. Ы

Е О

1 с6 !

» О с6 М Р

О е и ф

1 О Р я

) 1 ф

»»»

161 е

0i l

1 к

I cd l

Н I

5 1

u I

1 В

I ! й!

1 Р ф

1 1

1 Э 1

М О ! фон

Н Э и»»п

I Р»Э Э

1 1» 0

11ф

I Н» Р

0! g О 1 и а ж н м I

Мжфuо!

Р ф Э, 4 Н Э !>» 11 Е ж 16 и,О»О - »О сЧ ф

° » л ° » ° » ° »

О СЪ Л СЛ

О О О О О О

МЪ И цЪ И цЪ И

С»Ъ с Ъ с Ъ с Ъ . с»ъ с Ъ с» ) л л- л

° с1 «»»» в an . и Ch ch ф с Ъ Ф с"Ъ с»Ъ с»Ъ цЪ И И цЪ И цЪ

И И сЧ

О И сЧ

О 9 О О О О О

С»Ъ С»Ъ С»Ъ С ) О С»Ъ С»Ъ

1О

Оъ О О О О И 9

»3 ф с»Ъ .»ф

D О

О 8. О О О ф»» ОЪ . ф»» цЪ О л ф ОЪ ф Ch

° . »»

° » ° » О О О цЪ

Ф сЧ Ь с Ъ .

ln л . ф цъ цЪ сО О О ln сО

И О И .цЪ О О

„Ъ -0 - О л t r л сО le ф »»;»»»» йэй

1101470

10 ч

Щ н °

1 м л

Э х о -

o с а э 1 с3 с4 о л а о сч м

% »

<б Р

v 8»x очи х ж х

Ж х

5 о ( о

М о о о о о о л в л м м л л л

1 .Ф м Г"1 м л л б Ф 3

Э I v

XOOI

Kao v

Ф Э 0) 44 Ф

E: Э О Ж И

v a Io Eÿ

1 1 Э !

ХОКЭ !

4 фХ

E Э Э Э

u r X I4 а а an

Ф а ю а

Э 1 М

@g-u

v aE-0 оао о а оао

1 I I 1

XoIv

3 Э I

Э С4 Р

oa o >

° 9 Ol

Э 1: 3 1 кttoy!

Р М 6 ж 1

OVaE. е 4 м

11\ м

3 хм х о оа4

Э О

Х 1О

ЧР О О

Ф ф

1 I

О1,а! ж

Э Н <б !4

o E- v a E. ахое oа !

Х !4 х о О Х о о о м м м

«o о - о о о о

I I I

3 I

l О л

И М М ю Ж нхж v3am2 È

t о ю

I !

i o н

v ф OI о о о о о о

I 1 I

I 14 !

4 !4 Э Э @ л

1 о

1 (v

v v

Э О

Э Р !е жжо х н ы а я а

4!1 О Ж

Ol Мь л о о о

an л о

О1

° ° о

OI4 OI

14 aЦ

Э Ф Э

Фхй

Щ л л

an О о о (1 Х

w н э

14 V Н

Э Э OI н Ia 3 о о м) % °

00 00 л ю л г х - о, I 1 1

I Ю о и с

И и м

Ы ж х

c(j н

6 х

Э х

E" х о

О х о

1 ж

4б н

I 4C Ж

14 О н л

Э Ф IO 0 Of

m oI O oI g о о о о о о -и а

I м м м

СЧ сЧ О О

Cn ch Oa м м м л о

l м 00 -б I

° 4 м м

I !

I 1 I

I о о л r o

1 м м м

caa N с 4 сЧ Ф О

1101470

Составитель А. Земцов

Редактор Н.Егорова Техред А.Ач Корректор И.Эрдейи

Заказ 4726/15 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППН "Патент", г.ужгррод, ул.Проектная, 4

Как видно иэ табл. 2 обработка резьбовых соединений предлагаемым способом (примеры 1-5) позволяет существенно повысить сопротивление ползучести реэьбового соединения по сравнению с известньм (примеры 11-13)

Выход sa пределы оптимальных режимов обработки по предлагаемому способу (примеры 6-10) не позволяет достичь положительного эффекта. Сопротивление полэучести резьбовых соединений при этом остается на уровне обработанных известным способом.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в том, что поскольку он не связан с обязательным получением большой степени деформации, как при способе обработки деформационным упрочнением, или накоплением пластической деформации критической величины, когда деформация протекает по всему обьему металла одновременно, то он может применяться для обработки соединений, упрочненных в процессе их изготовления (детали резьбовых соединений, полученные холодной высадкой, с накатанной резьбой, например, из титановых сплавов), и для соединений с деталями иэ высокомодульных

Л материалов, например, бериллий и его сплавы, имеющих склонность к охрупчиванию. Предлагаемый способ повышения сопротивляемости ползучести резьбовых соединений может быть использован при криогенных температурах, где многие материалы также проявляют склонность к охрупчиванию.

В связи с тем, что обработка по

IG предлагаемому способу проводятся при упургих напряжениях в сечениях деталей соединения в условиях полэучести и время обработки мало (не более одного часа), сильно уменьшается

15 повреждаемость деталей соединения.

Метод определения режимов обработ,ки о кривы4 полэучести собственно резьбовых пар, полученных испытанием при вибрациях и беэ них, когда вибра20 ции замедляют процесс полэучести в наибольшей степени, практически является безошибочным.

Предлагаемы способ обработки реэьбовых соединений позволит повысить прочность соединений и конструкций, где они применяются, а также обеспечить их надежную работу, не применяя новых, более дорогостоящих материалов для изготовления деталей

30 соединений.