Способ обработки металлических конструкций

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки металлических конструкций в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение конструкционной прочности. Через заготовки или изготовленные детали пропускают импульсный электрический ток с удельной энергией, определяемой по формуле q=(0,2...0,3)·ρ·C_т·T_рекр [Дж/м³] , где ρ - плотность металла; C_т - удельная теплоемкость металла; T_рекр - температура рекристаллизации металла. В результате концентрация температурного и силового полей возникает в устьях микродефектов и вызывает затупление вершин дефектов, что существенно снижает вероятность дальнейшего развития дефектов. Это эквивалентно уменьшению числа концентраторов напряжений. 4 табл.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам обработки металлических конструкций, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является повышение конструкционной прочности. Технология способа состоит в следующем. Заготовку или готовое изделие подвергают воздействию импульсного электрического тока. Удельную энергию тока q назначают из следующей формулы q (0,2...0,3) ρ˙ Ст˙ Т_рекр[Дж/м³], где ρ - плотность металла; С_т - удельная теплоемкость металла; Т_рекр - температура рекристаллизация металла. При пропускании импульсного тока через металлы наиболее интенсивная концентрация электромагнитного и, как следствие, температурного и силового полей возникает в устьях (вершинах) микродефектов структуры. Количество электрической энергии, рассчитанное по приведенной формуле, достаточно для затупления вершин дефектов в результате воздействия градиентов температур и термоупругих сжимающих напряжений в этих микрообластях. Это существенно снижает вероятность дальнейшего развития дефектов в эксплуатационных условиях, что эквивалентно уменьшению числа концентраторов напряжений и, следовательно, возрастанию конструкционной прочности. В то же время, это количество энергии является недостаточным для рекристаллизации во всей области дефекта, поэтому повышение пластических свойств оказывается незначительным. Описанный механизм имеет место при введении импульсного электрического тока заданных параметров. Ведение процесса с величиной менее 20% потребной энергии не вызывает указанных эффектов вследствие низкого уровня концентрации в местах дефектов, а свыше 30% приводит к некоторому снижению прочности вследствие протекания диффузионных процессов, приводящих к возникновению зародышей рекристаллизации и появлению новых зерен. П р и м е р. Были проведены эксперименты по повышению конструкционной прочностьи трубных образцов (Тр. 12х1х200) из стали 12Х18Н10Т. В экспериментах варьировались количество удельной электрической энергии q, величина предварительной деформации δ_пр и скорость (способ) охлаждения в воде или на воздухе. В качестве параметра оптимизации был выбран относительный предел прочности σ_в , представляющий собой отношение (в процентах) полученного при стандартных испытаниях на растяжение предела прочности σ_в к пределу прочности исходной серии образцов в состоянии поставки. В каждом опыте выполнялось три повторных определения (дубля). Импульсный электрический ток вводился в образцы через токоподводы источника питания, включающего низковольтный трансформатор мощностью 180 кВт и управляющую аппаратуру (прерыватель сварочного тока ПСЛ-1200). Предварительная деформация образцов и их растяжение до разрушения после введения электрической энергии выполнялись на испытательной машине модели Р-100. Значимые факторы и диапазоны их варьирования приведены в табл.1. Был выполнен полный факторный эксперимент - 2^*. Матрица планирования эксперимента и средние значения параметра оптимизации для каждого опыта приведены в табл.2. Линейная математическая модель, полученная после статистической обработки результатов эксперимента, имела вид Y = 91,68 - 14,08X₁ - 0,60X₂ - 0,18X₃, Последние два члена регрессии оказались статистически незначительными, в связи с чем крутое восхождение по поверхности отклика было выполнено при варьировании только значениями вводимой удельной энергии q в сторону ее уменьшения от основного уровня. Были выполнены один мысленный и четыре реальных опыта с тремя повторными определениями. Результаты опытов приведены в табл.3. Анализ данных табл.3 показывает, что наибольшее увеличение относительной прочности составляет 8-10% и имеет место при количестве удельной электрической энергии q = 1-1,5 Дж/мм³. Это количество составляет соответственно 0,2-0,3 от энергии, при которой происходит наибольшее увеличение пластических свойств, что подтверждает диапазон численных значений коэффициента формулы для расчета q, приведенный выше. Наряду с этим по указанной схеме проводились эксперименты на технически чистой меди и биметалле Ст.3 - 12Х18Н10Т, полученном сваркой взрывом. Результаты экспериментов представлены в табл.4. Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить конструкционную прочность металлов на 8-10%, что обеспечивает уменьшение массы изготавливаемых из них деталей при тех же эксплуатационных нагрузках. Важными обстоятельствами являются также уменьшение расхода металла и сокращение затрат на обработку заготовок, что приводит к снижению стоимости изготовления деталей.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ, при котором через заготовки или изделия пропускают импульсный электрический ток, отличающийся тем, что, с целью повышения конструкционной прочности, обработку импульсным электрическим током ведут с удельной энергией q=(0,2...0,3)˙ρ˙C_т˙T_pекp , где ρ - плотность металла; С_т - удельная теплоемкость;
Т_рекр - температура рекристаллизации металла.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---