Способ упрочнения труб и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано при обработке металлов давлением, a именно при упрочнений и изготовлении холоднодеформированных труб. Цель изобретения - повьшение эффективности упрочнения материала трубы путем одновременного увеличения предела прочности и; предела текучести при сохранении или увеличении ее предельных деформаций. Трубы изстали 12ХНЗА в>&холодном состоянии ; погружают осевой растягивающей силой^ пока напряжение не превышает предел-; текучести на 10-15%. Затем трубы j погружают (в растянутом состоянии) ;• внутренним избыточным давлением» пока окружное напряжение становится равным 80^90% предела прочности материала труб* Далее трубу разгружают от внутреннего давления, a затем' опять повторяют донное погружею^е до достижения предела прочности материала трубы. Предел текучести увеличивается на 29,4%, предел прочности - на 29%, предельная деформация - с 8,5 до 17,2%. Устройство для осуществления погружения cbCTCjHT из цйцилиндра еысокого давления, подвижной оправки, пропущенной через волоку и крыш ку цили ндpa вместе с обжатой и закрепленной на одном ее крнце трубой. Участок трубы размещён в цилиндре со смазкой, a торец трубы rep-f метично закреплен в подаче. 2 с.^и 1 з.п.ф-лы, 4 ил.'

СОЮЗ ССЮЕТСНИХ ШINI

РЕСПУБЛИК ($3)5 С 21 D 7/02"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОИЯэЫТИЯМ

ЯЭИ ГКНТ ССОР

1 (21) 4490471/02 (22) 05.10.88 (46) 30.01.92. Бюл. 0 4 (71) Институт. горного дела СО ЛН-СССР (72) В.M.Æèãàëêèí, Г;С.йурзин, О.И.Усова и Е.И.Иеиякин .(53) 621.785.79-621.783(088.8) (56) Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. M.:

Машиностроения, 1978., Авторское свидетельство СССР !! 656686, кл. 8 21 С 1/24, 3/00, 1978. (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ТРУ6 И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) .Изобретение может быть использовано при обработке металлов давлениеи, а именно при упрочнении и изготовлении холоднодеформированных труб.

Цель изобретения - повышение эффективности упрочнения матерйала трубы путем одновременного увеличения предела прочности и, предела текучести при сохранении или увеличении ее предельных деформаций. Трубы из

Изобретение относится к иеталлургии, а именно к обработке металлов давлением, и может быть использовано при упрочнении и изготовлении труб, преимущественно холоднодеформированных.

Цель изобретения - повышение эффективности упрочнения материала трубы путем одновременного увеличения предела прочности и предела текучести при сохранении или увеличении ее предельных деформаций.,«Я0.„1708882 A I

2 стали. 12ХНЗА в. холодном состоянии погружают осевой растягивающей силой, пока напряжение не превывает предел текучести на 1О-153. Затем трубы погружают (в растянутои состоянии): . внутренним избыточныи давлением, пе-. ка окружное напряжение становится :. равныи 80-90Ф предела прочности ..иатериала труб. Далее трубу разгружают от внутреннего давления, а затем опять повторяют донное погруженйе до достижения предела прочности мате-: риала трубы. Предел текучести увеличивается на 29,43, предел прочности,на 293, предельная дефориация - с

8,5 до 17,23. Устройство для осуще" ствления погружения состоит из цицилиндра высокого давления, подвижной оправки; пропущенной через волоку и крышку цилиндра вместе с обжатой и закрепленной на одном ее конце трубой. Участок трубы размещен з ци- е линдре со смазкой, а торец трубы. гер-. метично закреплен в подаче. 2 с..-ы . сЯ

1 з.п.ф-лы, 4 ил. . (,ф

r Об

На фиг. 1 представлена диаграииа нагружения трубы растягивающими усилилии в осевом (z) и окружном (Щ направлениях; на фиг."-. - -диаграмма испытаний неупрочненной (кривая Т) и упрочненной (кривая 2) труб при повторном нагружении; на фиг.3 -.предельнал область допускаемых повторных нагружений трубы в координатах 6 -бч, на, фиг.4 - устройство для осуцествления предлагаемого спосо82 и Tla

17088

\ ба по одной из возможных схем нагружения.

Диаграммы на фиг.1-3 поясняют одну из возможных схем реализации пред5 лагаемого способа упрочнения, осуществляемого в следующей последовательности.

Трубу нагружают осевой нагрузкой до появления и развития пластических: 10 сдвигов на площадках

06 G7, ю 4 % ) т, 2 (на фиг.1 прямая ЬЛ).

Дальнейшее нагружение трубы осуществляют за счет внутреннего избыточного давления в условиях двухосного растяжения (бг-. 6,6М O,Üe =. 266г ) (на фиг. 1 прямая ЛВ). Эти нагружения приводят к частичной разгрузке с упрочнением материала на площадкахскольжения Т и дальнейшим пластиче- . ским деформациям на площадках. скольжения Т1 и появлению и развитию 25 пластических. деформаций на площадках скольженйя 4- бг .

Т, =

После такого нагружения трубу пол": ностью разгружают.

Эффект упрочнения заключается в том, что догружение трубы с частичной:

Разгрузкой в направлении Т4 выэывает восстановление упругой зависимости второго главного напряжения: Ъ от соответствующей деформации fy, уве-. личение (вплоть .бо упругого) касательного модуля (угла наклона) кри- 40 вой вq-(8(}, благодаря чему кривая

2 располагается выше кривой 1 (фиг.2).

Такое сложное нагружение приводит к увеличению .предела текучести 6 q и предела прочности 6 Э материала тру- 45 бы при сохранении и. увеличении ïðå дельных деформаций (8q<>di). Повы" шение величины @г, Фр,Яэ имеет ме" сто только в области (I), ограниченной абсциссой 6 и прямой ©а = 2бу (фиг.3) .

- Упрочнение материала осуществля- . ется за счет того, что на одной из. систем площадок скольжения создается частичная разгрузка с упрочнением в одном из направлений предварительного пластического деформирования (wa система площадок не вносит вклада -в дальнейшее пластическое деформирование), а на другой - дальнейшее активное догружение. Зти догружеыия приводят к появлению и развитию пластических сдвигов на третьей системе площадок скольжения.

После такого последовательного наложения пластических сдвигов на всех трех системах площадок скольжения

Материал i трубы разбивают площадками скольжения.на блоки, имеющие форму неправильных.октаэдров, грани которых ориентированы вдоль главных направлений тензора напряжений. При повторных нагружениях упрочненной трубы со- противление .пластическим сдвигом на . площадках скольжения становится различным по величине. Т.е. при последовательных нагружениях и раэгружениях по, отмеченным площадкам скольжения иэотропный .материал трубы превращается в .анизотропный. Желател1 ная . для конкретных условий работы трубы анизотропия прочностных свойств ее материала (вы 6» 9,6г wбЧ76 и т.д.) достигается за счет изменения последовательности нагружений по площадкам .скольжения.

Устройство для осуществления спо-.. соба включает в себя цилиндр 1 с крышками 2 и 3, герметично закрывающими цилиндр 1, с обоих концов с помощью манжет 4 и 5. В крышках 2 и

3 раэмещенй уплотнения 6 и 7 подвиж- ной оправки 8, пропущенной через цилиндр 1. Один"конец упрочняемой трубы 9 предварительно обжат на оправке

8, пропущен через уплотнение 6 и волоку. 10, размещенную в цилиндре

1, и соедйнен с оправкой 8 с помощью гайки 11. Другой конец трубы 9 герметично через манжеты 12 соединен, с йоршнем 13, герметично и скользяще через манжеты 14 соединен с оправкой, 8. Для нагнетания жидкости в цилиндре 1 выполнены каналы 15; Полости Л и Б цилиндра 1 сообщены. между собой ка-, налами 16 В процессе волочения устройство .Размещается íà опоре 17, способной восприйимать усилие.

Устройство работает следующим О6Разом.

Через каналы 15 в цилиндр 1 нагнетается жидкость. Ианжеты Ь и 7 и крышки 2 и. 3 обеспечивают герметичность цилиндра, а манжеты 12 и 14герметичность соединения оправки 8 с трубой 9 и поршнем 13, Через канал 16 полости А и Ь цилиндра 1 сообщаютсл и давления в них уравновешиваются. За счет избыточного давления жидкости в полости А труба 9 испытывает сжимающие окружные и осе5 вые напряжения, а в полости Б - ради. альные. Величина давления подбирается такой, чтобы материал трубы 9 полностью перешел в пластическое состояние.

При осевои перемещении оправки 8 за 0 счет усилия Я труба 9 пропускается через волоку 10, где она калибруется по внутреннему и внешнему диаметрам. После волоки труба 9 в полости Б давлением жидкости прижимается к оправке 15 и вместе с ней пропускается через манжеты и крышку 2. Для получения чистой поверхности трубы и наибольшего эффекта упрочнения ее материала угол наклона конусной поверхности волоки принимается в пределах 10-15 . При этом цилиндр 1 опирается на опору 17.

Пример, Инструментально регистрируют величины нагрузок и напряжений в осевом (Р, кг, 6 кг/ии ) и в 25 окружном ((, кг/см, 6<, кг/мнз) направлениях и соответствующие деформации трубы 62и -ч (осевое удлинение и изменение диаметра). папряжения на площадках скольжения рассчи- 30 тывают по формулам:

6л -6e, %-6з

Т„- — — — Т

2 2

Ge-6

҄- — ——

Вм -6<

Т1 -------- . 13

45 в осевом направле)

®Е -Sa

Т

50 при упрочнении нии (8 > 6 р> ®2 2-6 У:, Т и е

2 б2

Ть =-2

Упрочнение осуществляют в следующей последовательности.

Трубу нагружают только осевой рас-. тягивающей силой Р, пока напряжения

Ву не превышают предел текучести на

10-153. (6; 28,07 кг/мм ). Пластиили при упрочнении в окружном направлении (G< р 8 р6 )

8ц 62 - Gz б.

Т4 - — — — - Т,ФЗ 2.

1708882 б ческие деформации возникают на площадках Т 2 и Т1,При постоянных осевых напряжениях (8z = const) трубу нагружают внутренним избыточным давлением Q, пока окружное напряжение бц не превышаL ет осевое >z. и .становится равныи

6 4 0,8-0,9 6в (где б - предел прочности), 62. = 28,07 кг/им," ч

= 48,00 кг/ии . Пластические деформации продолжают развиваться на площадке Т, на площадке Таз возникают и развиваются, а на плоцадке Т4 про. исходит разгрузка. .Пои. постоянных осевых напряжениях (+2=const) трубу разгружают оТ внут-< реннего давления (Q 0) . Пластические дерормации имеются на площадках Т„< и Т зТрубу снова нагружают внутренним давлением так, чтобы прйращение напряжения в окружном направлении было, . в 2 раза больше, чем в осевом (4Gy

= 2ЬЬ).. Нагружение прекращают в ио.иент .достижения предела прочности ма териала трубы.

Трубу разгружают от избыточного давления, а затеи - от осевой растягиваащей силы.

Положительный эффект упрочнения оценивают по результатаи сравнительных испытаний упрочненных и неупрочненных (в состоянии поставки) труб при осевои растяжении и при сложном нагру-.. жении осевой силой и внутренним давлением (+z= 2 у, условия чистого сдвига).

При волочении труб (известный.способ) их иатериал подвергают пластическому деформированию непосредственно в волоке в.окружном, радиальном и осевом направлениях, а сразу после волоки - осевому растяжению в преде- . лах упругости. Простое нагружение, . которое реализуется в трубе при волочении по указанному способу, может приводить к повышению предела теку" чести материала при сохранении предела прочности и уменьшении предельных деформаций (явление наклепа).

Упрочнению подвергают стальные, медные, циркониевые трубы, поставляемые заводами-изготовителяии и вы-. полненные по стандартной технологии.

1

Получены следующие результаты.

Стальные трубы.

Сталь 12ХН3А.

1708882 ".

Прочностные характеристики неуп- 533 ИПа, предельная деформация (св) рочненных труб: предел текучести ; 5,533. (6.т) 370 ИПа," предел прочности (Ье) Программа.нагружения, осевое на522 МПа, предельная деформация (Bs) 5 пряжение (Я 280 йПа (" - = 1,12 ), 8,5, окружное напряжение (Вм) 480 МПа. .Программа нагружения: осевое íà- (6< = 0,9+/ . пряжение (8 ;;) 420 ИПа {e 1,13 6= ), Прочностные характеристики упрочокружное напряжение (6 ) 443 ИПа : ненных труб: предел текучести (Ж) (и 0.855Ю ° 502 ИПа, предел прочности (М

Прочностные характеристики упроч": 589 ИПа, предельная деформация (в) ненных труб. предел текучести (т) .: 8,913.

749 ИПа, предел прочности (1Ув) : достигнуто увеличение б-, íà 1063, 674 МПа, предельная деформация (Ев) 6 з - на 10,5ь; 8 - на 61,14 °

17,24. Таким образом, предварительный пеДостигнутое упрочнение труб харак". Ревод материала трубы в пластичетеризуется увеличением предела теку",: ское состояние при сжатии в окруж чести (Юг) на 29,44, предела прочно":! ном и осевом направлениях внешним сти (Ьв) - на 29,14, предельных дефор" избыточным давлением, волочение на маций (s) " на 1024. 20 подвижной оправке, а затем вновь

Сталь ХВГ. радиальное нагружение внешним избыточным давлением и есевое растяжеПрочностные характеРистики неуп-; ние трубы позволяют повысить пределы

Рочне"н"х труб "редел текучест" текучести и прочности ее материала («) 373 МПа; предел проч о ™ (М . 25 с сохранением или повышением вели-.

697 ИПа, предельная деформация (Яв) чины предельных деформаци1.

4 "7 ь, р-o p и у л а и а о б р е т е н и я, Программа нагружения: осевое . 1. бпособ упроинения труб, вклл- напряжение (Pd и17 мпа (6 z. = . иаащий натруженна трубы е осевом, 1,126 -; J, окружное напряжение (Gip) тб окруинои и радиальных направлениях

592 МПа (Gy = 1,856ъ). с переходом ее материала в пластиче-, Прочностные характеристики упроч". ское состояние и последующее разгруненных труб: предел текучести (@т) жение, о т л и ч à ю шийся тем, 677 ИПа, предел прочности (Вб) (820- что, с целью увеличения предела

890) ИПа, предельная деформация (в) текучести и предела прочности, трубу

5-63.,вначале нагружают в одном из наоравдостигнуто увеличением на 81,5ь, . лений, пока напряжение 6<, в этом

Вв - на 24,8ь: Ю е- на 234. направлении íà 10-153 не превысит

2. Трубы из цветных металлов; предел текучести (бт),, а затем трубу

Титановый сплав 38. 40,ïîãðóõ<àþò в перпендикулярном направПрочностные характеристики неуп-, лении, пока напряжение 5у2 не достигнет рочненных труб:. предел текучести (@i) значений, равных 0,8-0,96p„ e. Gs620 ИПа; предел, прочности (©ь) 720 ИПа, предел прочности, при этом напряжепредельная деформация (o) 4"53. : ние 8 » поддерживают на постоянном

Программа нагружения: осевое на- 45 уровне или йзменяют его так, чтобы пряжение (6z) 682 ЙПа, (= 1,1.1 ), приращения 66 2 hag, после чего окружное напряжение (бq) 612 МПа - трубу разгружают вначале от напряже. (Fv 0,85ВЫ . ния ©, а затем от напряжения В, Прочностные характеристики упроч-. 2. Способ по п.1, î т л и ч à е-.ненных труб: предел текучести (Ют) шийся тем, что последовательность

680 ИПа, предел прочности (6s) - нагружений трубы выбирают в зависимо860 ИПа, предельная деформация (в) сти от необходимого направления уп7"9ь. рочнения и принимают соотношения межДостигнуто увеличение ет на 9,6ь; ду главными напряжения 6, Pqr u ,бь - на 19,44, ь- на 77,73. 6 .при упрочнении. циркониевыи сплав Š— 1% Nb., в осевом направлении 5Z > ey > °, 55 и °

Прочностные характеристики неуп- I в окружном направлении 9, у -, 9 рочненных труб: предел текучести (6т) 243,4 МПа, предел прочности (6 в), " . в радиальном направлении 8 6урбц.

1708882

3. Устройство для упрочнения труб, включающее цилиндр высокого давления с поршнем, подвижную оправку, пропущенную через волоку, крышки цилиндра с уплотнениями, о т л ич а ю щ е е с я тем, что порвень скользяще. и герметично соединен с подвижной оправкой, а полости цилиндра до и после волоки сообщены между собой каналами..

1708882

6 у

Фце,з

f7

- fl

Составитель В.Пешков

Техред П. дирицц Корректор Jtß.èëèïåíêî едактор М.Петрова

° ФЮЮ аказ 405 Тираж Подписное !

НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,. Иосква, Ж-35) Раушская наб., д. 4/$ авааааааеаеваааеееаэеаввееававве еаеввееэеаееаеаеваеаееввфеаеаааюаеаебвеаввавеаеваеыеввеваеааеа роиаафдственно-иадатвльский комбинат "Патент", r. Ужгород,- ул. Гагарина, 101 Ф,