Способ обработки отливок и конструкций из железоуглеродистых сплавов
Изобретение относится к литейному производству и машиностроению, в частности касается снижения уровня остаточных натяжений в отливках и конструкциях путем нагружения их при термоциклической и вибрационной обработке. Цель изобретения - уменьшение времени обработки, повышение качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижение остаточных напряжений . Сущность изобретения заключается в том, что отливки и конструкции одновременно подвергают термоциклической и вибрационной обработке, причем вибрационное нагружение проводят только при нагреве и во всем диапазоне частот от самой низкой резонансной частоты со скоростью изменения частот между резонансными частотами 5,2-7,8 Гц/с, а при прохождении резонансных частот - 0,005 - 0,08 Гц/с. Термоциклирование осуществляют в интервале температур. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. с (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (5Р 4 С 21 П 1/04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3896451/22-02 (22) 15.05,85 (46) 07.04.87. Бюл. - 13 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) В.Г. Горенко, П.В. Русаков, О.И. Шинский и Ю.А. Пронин (53) 658.512(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 403530, кл. С 21 D 1/04, 1971.
Патент ПНР 11 114486, кл. В 22 D 7/08, 1982. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТЛИВОК И КОНСТРУКЦИИ ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к литейному производству и машиностроению, в частности касается снижения уровня остаточных натяжений в отливках и констЗ0 1301850 А1 рукциях путем нагружения их при термоциклической и вибрационной обработке.
Цель изобретения — уменьшение времени обработки, повышение качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижение остаточных напряжений. Сущность изобретения заключается в том, что отливки и конструкции одновременно подвергают термоциклической и вибрационной обработке, причем вибрационное нагружение проводят только при нагреве и во всем диапазоне частот от самой низкой резонансной частоты со скоростью изменения частот между резонансными частотами 5,2-7,8 Гц/с, а при прохождении резонансных частот — 0,005
0,08 Гц/с. Термоциклирование осуществляют в интервале температур. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
1301850
Изобретение относится к литейном, производству и машиностроению, в частности к вопросу снижения уровня остаточных напряжений в отливках и конструкциях путем нагружения их прп 5 термоциклической и вибрационной обработке.
Цель изобретения — уменьшение времени обработки, повышение качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижения остаточных напряжений.
Сущность изобретения состоит в том, что при нагреве или охлаждении,отливок или конструкций с определенной скоростью возникают и нарастают со скоростью, пропорциональной скорости изменения температуры, термические напряжения. При приближении к этим отливкам колебаний с измевяюшеися частотой, особенно при достижении частоты колебаний величин, соответствующих резонансным частотам опреде.— ленных частей отливок или конструк—
25 ций, наблюдается возникновение циклических напряжений, которые совместно с термическими слагаются с остаточными. Наличие фазовых преврашевий в выбранном температурном интервале термоциклирования и особенности строения 30 сплавов отливок, заключающиеся, например, в наличии графитовых включений в микроструктуре чугуна, вызывающих при нагреве и охлаждении возникновения упругопластических деформаций 35 и напряжений вследствие концентрации напряжений на концах графитовьгх включений и значительного различия физикомеханических свойств графитовых включений и металлической матрицы, также 40 оказывают значительное влияние IIa величину суммарных напряжений, I
Согласно теории термодиффузии угле— род в металлической матрице чугуна, как более тугоплавкий компонент, под воздействием термодиффузионного поте11циала стремится в направлении, противоположном тепловому потоку. Поэтому при увеличении скорости нагрева наблюдается ускорение процесса аустепизации, повышается температура Ас,, снижается Ас> и сужается интервал критических температур. При ускорении нагрева при достижении Ас< перлит начинает переходить в аустенит и его зерна прогреваются неполностью. Б ферритных зернах приток энергии извне увеличивает их температуру, они отдают часть сваей теплоты зернам аустеН,Td и тем самым у(коряют диффузик1 углерода K з(pIIdM феррита, HTQ об легчает H ускоряет дальнейшее протекание превращения, При малой скорости нагрева чугуна с ферритоперлитной металлической матрицей успевают произойти теплообмен между зернами феррита и перлита и они нагреваются одинаково, так как в этом случае мало сказываются различия теплофизических свойств фаз.
В результате того, что при охлаждении отливок наблк1дается наличие температурного градиента и благодаря этому прямая ликвация кремния, то при разработке режимоз термоциклической обработки, ссобенно с использованием допол IHTpJlьного вибронагружения, следует проводить при термоциклировании охлаждение значительно быстрее, чем нагрев.
С учетом термодиффузионных процессов основных элементов в металлической матрице при разработке способа пpHнято, что нагрев при термоциклировании проводится в 2,5-3,5 раза медленней, чем охлаждение, и вибропагружение прикладывается только в про. ессе нагрева. Зто обеспечивает .:овыпение пластических свойств ме— тал.-.ической матриць: особенно в зонах концентрации напряжений вокруг графитовых включений. Повыпение пла:". «I÷IIoñTH в зонах концентрации напряжений связано с уменьшением ликвапии элементов и в первую очередь кремния в этих зонах.
Принятие трех-шес тикратного нагреза и охлаждения отливок при тер— моциклировании обус 1овлено тем, что
1ри двухкратном термоциклировании получается малая степень снижения уровня напряжений в от:.-1вках и недостаточная стабилизация их размеров, а при принятии боль111е шести термоциклов дальнейшего снижения уровня напряжений и стабилизации размеров отливок не наблюдается. 3ибронагру-,кение проводят в про— цессе нагрева отливок в определенном температурном интервале. На практике температурный интервал термоциклического виб ронагружения может быть в довольно широких пределах. Температурный интервал может быть выше
Ас>,, в интервале Ас1-Ac>, в интерва
:1е Вибронагружение отливок и конструкций проводят путем изменения ча- 5 стоты от первого резонансного пика до частоты третьего-пятого резонансного пика, а повышение и уменьшение частоты вибрации проводят при цикле нагрева с уменьшением скорости изменения частоты или остановками при резонансных пиках, при этом при цикле охлаждения вибраобработку не про— водят. Длительность виброабработки отливок при резонансных пиках зависит от величины максимума резонанс-! ного пика. Чем больше величина пика, тем больше выбирается время вибрационнай обработки при резонансной частоте. Количество подъемов частоты в выбранных переделах частот (между первым и третьим-пятым резонансными пиками) зависит ат длительности процес25 са цикла нагрева отливки. Обычна в процессе нагрева отливки проводят 4-8 циклов подъема и снижения частот в выбранных пределах частот. Если вибронагружение проводят при 30 термоциклировании при полном или частичном прохождении фазовых превращений в интервале температур Ас -Ас, то при прохождении резонансных пиков виброабработка может проводиться с изменяющейся частотой со скоростью 35 0,005-0,08 Гц/с, а при термоциклировании в интервале температур Ас, температура перехода металла в упругое состояние резонансная виброабрабатка может проводиться с изменяю40 щейся частотой со скоростью 0,0020,04 Гц/с. Увеличение пределов скорости изменения частот при высоких температурах связано с увеличением 45 расплывчатости резонансных пиков, с повышением температуры вибронагружения. Если скорости изменения частот при прохождении резонансных пиков соответственно меньше 0,005 и 0,002 Гц/с, 50 то за время нагрева успевают провести меньше 4 циклов вибронагружений в выбранных пределах частот, а если скорость соответственно больше 0,08 и 0,04 Гц/с, то количество циклов вибранагружений превышает 8 циклов и не дает дальнейшего уменьшения уров ня остаточных напряжений и стабилизации размеров отливок. При подъеме и снижении частоты в процессе термоциклиравания между pe",îíàHñíûìè пиками проводят со скоростью 5,2-7,8 Гц/с н интервале темпепатур Ас,-Ас или са скоростью 7,510,5 Гц/с в интервале температур Ас температура перехода металла в упругое состояние, Скааость изменения частат между резонансными пиками зависит ат конструкции и массы отливки, материала, из которого ана изготовлена, температурного интервала вибронагружения, конструктивных особенностей вибровозбудителя и целого ряда других факторов. Исследования показывают, что минимальная скорость изменения частот между резонансными частотами соответственно 5,2 и 7,9 Гц/с является оптимальной для массивных отливок сложной конструкции с большой толщиной стенок, а максимальная скорость соответственно 7,8 и 10 5 Гц/с является оптимальной для тонкостенных отливок малой жесткости. С повышением температуры ниброабрабатки скорость изменения частот уменьшается, так как тратится большая энергия для введения отливок или конструкций н колебательное движение. Чем выше температура отлинки при нибранагружении и чем выше скорость нагрева, тем больше скорость релаксации напряжений. Это объясняется тем, чта с увеличением температуры повышаются пластические свойства металлической основы материала отливок. При увеличении скорости нагрева появляются температурные перепады между отдельными частями отливок, что увеличивает уровень нременных и суммарных напряжений. Суммарные напряжения, складываемые из временных, термических и вибрационных нагружений, усугубляются концентрацией напряжения на концах графитовых включений. причем величина коэффициента концентраций увеличивается с повышением уровня изменяющихся напряжений, например напряжений, вызванных вибронагружением. При нагреве с оптимальной скоростью наблюдается уменьшение концентрации кремния, магния и других элементов, ликвирующих в зонах вокруг графитовых включений и уменьшающих пластические свойства этих зон. Повышение пластичности металлической основы в зонах концентрации напряжений 1301850 приводит к облегчению протекания пластических деформаций, а значит, и релаксации напряжений. Наличие вибронагружения способствует ускорению протекания процессов как термодиффузионных, так и деформационных. Поэтому вибронагружение с оптимальными параметрами приводит к получению определенной степени деформации в зонах концентрации напряжений, что 10 позволяет уменьшить способность материала к деформации под действием нагрузок, а это позволяет стабилизировать размеры отливок при эксплуо атации. f5 Пример. Исследование влияния известного и предлагаемого способов уменьшения уровня остаточных напряжений в сложных отливках и конструк циях из желеэоуглсродистых сплавов проводят на отливках корпуса балансира в условиях опытного производства. Отливку (корпус спаренного балансира) изготовляют из серого чугуна марки С420. Основные габаритные размеры этой отливки следующие: диаметр 1085 мм и высота 465 мм при преобладающей толщине стенок 15 мм. Черновая масса отливки 123 кг. Результаты проведенных исследова— ний представлены в таблице. Ю Ю Ю СО л и . « С») л л О СО с л СЧ Ю Ю О л С 4 О СЧ л СО СЧ Ю ю л CO и ° « О О л л CO С 1 СО Ю л ь сО л С \ СЧ О1 л СЧ О ь СО г» Ю о\ л о СЧ 3Л л л О С СЧ Ю л Я ° СС! СЧ л л С 4 О Ю Ю LPI и о1 л о « СЧ Ю Ю ь С»1 «» Ф ° л О М ж М E 1 о cd 1 и о и I и CO Ch л л О О С 1 О СО Ю л Ю О л СЧ < ! и СС Ю Ю 1 СЧ Л О С»! С ) 0 Ъ СЧ cd I 9, I cD ) В 1 Е С». НЮ r> e + + фЮ u u Ю Ю л Ch л л СО С 1! к л СЧ СЬ О СЧ СС л C) СС1 ь Ю л О 1 л л CO Ch С 1! л СЧ О СЧ 1 C) СО Ю C) л Ю. Р ) л а О СО С» - С") в СЧ О 1 о!. д, о ! О ж ! 0 С» cd о и Э о Р ! » и ж cd к о Э И 1» о ! " о cd р >Я! Ж.0 1 Д Э A Э cd Ж !С Э жо2 хо i» k g E» C; I. O Э и э о са ОCd SOO cd И о о о 10 0! 1301850 1!!!к о ОgdI ВФ й С!,0! О Е Э Э Х э щ . о р« ж ж mж и о м Ц Ж» о я ! 0 Ц 5м Й 1 О» Э о э Е в и и ! о о о йы 5 о + lO о са 1» С4 О !О ! 0 о 1 Э Ж О. . O o cd СС! Е» Ж эоо p L О о х3! 0 О! » о Э U 5ok tk х ж Ф v о Р о М О 1301850 О» 0 о ю л л o o 1 + О л ь < 1 л о Ch ОЮ л л юь 1 + О л ь СО Ю Ю О л о Ch Ю Ю л л Ю Ю 1 + СО и л ь л Ю о (1 л о О Ю Ю л л Ю Ю I + Г о о О Ю 04 л 1 Ch o o л л o o I + (Ч О"1 Ю л Ю о 00 л л i о « ЮЮ л л o o Ю л 03 л и (У л Ю с4 1 О 1 0 ю ь л л o o + ("1 О л о Г) л Р") л Ю (Ch ю о л л Ю Ю + л 4 о Ю л Ю л ГЧ i О1 4 o o л л o o 1 + 01 Ю Ю л о О О л СО С 4 л :l 1 л х И о td а 1О о >х о х х о х И с0 а Р ) х Р . х о а и Ь Х Clj а б х л х g 3 и о v u 1 о х Ф а о и х A Qj (л о а А Ц Х л Э М 1-Оо х 4 д В о х о 4О х c(j а И О у о х я а И Ql Д х х х х х п Х 1О X л о 1Л С( а 0О Ю ю о )х a а х F x QI O е х 01 1 х х 1О о х х I а I х о Qj х о ххи а о с, Х Х 1 <б 2 х ох 3 о 13 1 4 Ы1- О ОООО Х ю х х х о х о х ххах Х О F Ql 1О QIoЕХ 1О О Х Х х Х 0О х ю о— а Х о 1301850 l2 ном сокращении длительности вибронагружения отливок с 0,8 до 0,50,6 ч. Формула и з о б р е т е н и я Составитель А. Кулемин Техред Л.Сердюкова Корректор И. Эрдейи Редактор С. Пекарь Заказ 1193/27 Тираж 550 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул.,Проектная, 4 В таблице режимы 1 и 2 соответствуют известному способу, режим 3 содержит два циклических нагрева-охлаждения и вибронагружение при частотах первого и второго резонансного пика, режим 9 содержит семь циклов нагрева-охлаждения и вибронагружение при частотах от первого до шестого резонансных пиков, причем изменение частот между резонансными пиками про10 водят со скоростью 10,6 Гц/с, а при прохождении резонансных пиков — со скоростью 0,042 Гц/ с, режимы 4-8 соответствуют предлагаемому способу уменьшения уровня остаточных напряжений в сложных отливках и конструкциях по всем параметрам. Из приведенных в таблице данных видно, что по сравнению с известным 20 способом предлагаемый способ позволяет снизить уровень максимально остаточных напряжений в исследуемых отливках с 62,5-62,9 до 23,6-25,3 МПа и уменьшить величину деформаций отли25 вок по диаметру 1085 мм с 0,25 -0,28 до 0,06-0,08 мм. Применение предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет значительно уменьшить деформацию отливок и повысить их геометрическую и размерную точность при одновремен1. Способ обработки отливок и конструкций из железоуглеродистых сплавов, включающий термическую обработку и одновременное вибрационное нагружение при резонансных частотах, о т л и ч а ю K H é с я тем, что, с целью уменьшения времени обработки, повышения качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижения остаточных напряжений, термическую обработку. проводят термоциклированием, вибрационное нагружение осуществляют в процессе нагрева от самой низкой резонансной частоты до 3-5-кратной величины ее с переменной скоростью изменения частоты. 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что термоциклирование проводят в интервале температур Ас,— Асд, вибрационное нагружение осуществляют со скоростью изменения частоты между резонансными частотами 5,27,8 Гц/с, а при прохождении резонансных частот — 0,005-0,08 Гц/с.
