Способ стабилизации свойств металлических конструкций

 

Использование: при обработке метэч лов. Осуществляют многократное чередование циклов виброи термообработки и завершают процесс виброобработкой. Сравнивают результаты каждого вида воз действия по измеряемой любым способом, например методом делительных сеток, остаточной пластической деформации. Завер шают процесс, когда остаточна. пластическая деформация после предыдущего термического воздействия станет рае ной или меньше, чем при последующем вибрационном воздействии, или когда эта величина станет равной заданной.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 D 1/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) rr -—

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.тц т (21) 4910059/02 (22) 11.02.91 (46) 07.01.93.Бюль 1 (71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения (72) А.П,Ярлыков и Л,И;Романов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1574655, кл. С 21 О 8/00, 1988.

Патент CLUA М 4001053, кл. С 21 D 1/04, 1977, (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ СВОИСТВ . МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Изобретение относится к способам обработки металлов, в частности к совмещению вибрационной и термической обработки, приводящей к стабилизации и улучшению свойств металлов, и может быть использовано при изготовлении сварных металлоконструкций, применяемых в машиностроении, где требуется стабильность геометрических размеров и формы металлоконструкций при эксплуатации в сложных условиях.

Известен способ последовательного применения вибронагружения и термического воздействия, Однако, он преследует иную цель — улучшение качества изделий путем предотвращения образования холодных трещин. Применяемый при этом порядок воздействия, а также и интервал времени специфичен только для достижения этой цели.

Известен способ, рассматриваемый как прототип, который предусматривает снятие

„, БЫ„„1786122 Al (57) Использование: при обработке мета лов. Осуществляют многократное чередование циклов вибро- и термообработки завершают процесс виброобработкой.

Сравнивают результаты каждого вида воз действия по измеряемой любым способом, например методом делительных сеток, остаточной пластической деформации. Завер шают процесс, когда остаточна пластическая деформация после предыдущего термического воздействия станет рав" ной или меньше, чем при последующем вибрационном воздействии, или когда эта величина станет равной заданной. внутренних напряжений и включает этапы вибронагружения и последующего термического стабилизирующего воздействия.

Недостатком этого способа являются: отсутствие контроля достигаемой степени стабилизации, Критерии стабильности не задаются и не отслеживаются; не обеспечивается должная степень стабильности, т,к. устранение обусловленной отпуском структурной нестабильности не предусмотрено.

Предлагаемый в прототипе технологический процесс предусматривает проведение однократно вибронагружевия металлоконструкции и последующего термического воздействия — отпуска при 200300 С

Цель изобретения — повышение качества металлических конструкций за счет стабилизации и улучшения свойств металла и обеспечение возможности контроля степени стабильности.

1786122

Поставленная цель достигается тем, что, с целью улучшения качества стабилизации свойств металлических материалов и контроля процесса, производят вибронагружение и термическое воздействие многократно при этом измеряют остаточную пластическую деформацию на базе не более

10 мм на каждом этапе воздействия, сравнивают получаемые деформации, а завершают обработку, когда деформация от предыдущего термического воздействия станет меньше или равной деформации от последующего вибронагружения.

Сущность изобретения заключается в том, что сварные металлоконструкции подвергаются последовательно серии вибронагружения и термического воздействия, при этом для определения степени стабилизации свойств материала производится контроль остаточной пластической деформации как критерия, характеризующего степ е н ь стз бил ь ности. По резул ьтатам и определяется момент окончания процесса.

В отличие от способа, рассматриваемого в прототипе, достигается степень стабилизации свойств металлических материалов, которая обеспечивает стабильность формы. и размеров металлоконструкций благодаря; введению контроля получаемой после каждого этапа обработки степени стабильности одним из способов, например, замером остаточной пластической деформации; завершению процессз обработки конструкции нетермостабилизирующим воздействием, как в прототипе, а вибронагружением, обеспечивающим стабилизацию соединения микроструктуры материала; многократному чередованию этапов вибронзгружения и термостабилизирующего воздействия до получения результатов, когда величина остаточной пластической деформации, ззмеряемой после термостабилизирующето воздействия будет меньше или равной величине деформации, полученной при последующем вибронагружении.

Измерение пластической деформации образцов производится одним из известных способов, например методом делительных сеток, как одним из простых по исполнению. Характер и величина деформации в зоне сварного соединения определяется после каждого вида обработки.

Необходимость эзвершения цикла вибронзгружения-термообработка процессом вибронагружения обуславливается результатами металлографических исследований сварных образцов, подтверждающих, что для полной стабилизации структуры и фазового состояния после термостабилиззции необходимо вибронагружение.

Анализ известных технических решений в данной области техники не позволил выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию

"существенные отличия"

Способ реализуют следующим образом.

На металлоконструкцию в зоне неста10 бильного состояния материала (например, околошовная зона сварного соединения) или концентратора внутренних напряжений наносят мерительную базу (2 метки) величиной не более 10 мм (например, 4 мм). Измеряют ее величину с точностью до микрон, например, оптиметром. Производят вибронагружение по рекомендуемым известным методиками режимам. Повторяют измерелютной величине деформации от предыдущей термостабилизации, обработку

45 заканчивают. Свойства материала и саму металлоконструкцию считают стабилизированными.

При реализации способа рекомендуемая контроль деформаций производить по нескольким базам в различных зонах металлоконструкции, характеризуемых явно нестабильным состоянием материала или концентраторами найряжений (околошовная зона сварного соединения и т.п.). Это повысит надежность замеров и качество контроля процесса обработки (стабилизации). При этом следует учитывать, что сравнительйая оценка деформации после каждого этапа чередования термического и вибрационного воздействия по каждой кьн50

20 ние базы и вычисляют деформацию. Величина относительной деформации составляет, например, минус 0,02 мм. Металлоконструкцию подвергают термическую стабилизирующему воздействию (нзпример, отжиг при

25 650 С для снятия напряжений 1-го рода).

Вновь измеряют базу и вычисляютдеформацию. Деформация после термостабилизации составляет уже плюс 0,018. Проводят вибронагружение металлоконструкции по30 вторно и измеряют базу. В результате повторного вибронагружения получена деформация минус 0,010. Поскольку деформация от повторного вибронагружения меньше по абсолютной величине деформа35 ции от предыдущей термостабилизации, проводят еще один этап термостабилиэации (отжиг). После чего измеряют базу и вычисляют деформацию, которая составила плюс 0,002. Затем металлоконструкцию

40 подвергают вибронагружению и определяют деформацию базы, которая составляет минус 0,003. Поскольку это больше по абсо1786122 тролируемой базе отдельно, а не по усред- чественное соотношение фаз и фазовых ненной деформации нескольких баз. включений без изменения качественного

Смысл многократного чередующегося состава сплава, стабилизирует состояние термического и вибрационного воздействия металла и снижает внутреннюю микронапна нестабильный материал металлоконст- 5 ряжения в значительно большей степени, рукций заключается в том, что внутренние чем только термостабилизация. процессы стабилизации состояния ме- Разница в сущности термического и таллов термическим воздействием и виб- вибрационного воздействия на стабилизаронагружением имеют существенные цию фазоструктурных составляющих сплаотличительные особенности по физической 10 воввыражается противоположнымпознаку сущности процессов, обусловленных раз- значениемдеформациивлокальнойотдельличными внешними условиями. Термиче- но взятой зоне металлоконструкции после с ким воздействием (отжиг, отпуск, каждого вида воздействия. Поэтому измереискусственное старение и др,) достигается ние деформации после каждого вида возпреимущественно фазовая стабилизация 15 действия контролирует процесс устранения сплавов, сопровождаемая улучшением та- фазовой и структурной нестабильности, ких свойств, как снижение твердости, повы- снижение остаточных макронапряжений и шение пластичности, снятие остаточных процесс разупрочнения на микроуровне напряжений 1-ro рода и т.п). При этом в (снятие микронапряжений). большинстве случаев структурная неста- 20 Предлагаемый способ позволяет компбильность, включающая нестабильности на лексно влиять на стабильность металличемикроуровне (границ раздела, дефектной ских сплавов, что обеспечит конструкции структуры, дислокационно-примесного успешно противостоять внешним термодевзаимодействия, а также степени упрочне- формационным возмущениям, ния на микроуровне) не устраняется терми- 25 Таким образом, в предлагаемом спосочЬскими видами воздействия (отпуск, отжиг бе улучшаются свойства сплавов с помощью и др.), а зачастую и усиливается. Поэтому термического воздействия, достигается ста- . термостабилизирующее воздействие само билизация по отношению к термическому посебенеобеспечиваетвысокого качества возмущению и механическому возмущестабилиэации свойств. Термическое воз- 30 нию. Крометогообеспечивается работосподействие в предложенном способе обеспе- собность прецизионных свар чив ает улучшение своиств металлических конструкций в сложных внешних условиях, сплавов и их стабилизацию по отношению к когда помимо механической нагрузки консттермическому или ему подобному возму- рукция подвержена воздействию радиации, щению, вызывающему нагрев, например, 35 термоконтрастных температур и др. мощному радиационному излучению, элек- Существенным в предлагаемом спосотромагнитному возмущению, Это обьясня- бе является возможность контроля степени ется процессами фазовых превращений и стабилизации материала поабсолютной веполнотой перехода метастабильных фаз и . личинеостаточной деформации при каждом промежуточных фазовых включений в более 40 иэ видов воздействия, исходя из требоваустойчивые фазовые структуры, величина ний, определяемых условиями эксплуатасвободной энергии которых значительно ции. меньше. т.е, улучшением качественного со- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я става сплава. Способ стабилизации свойств металлиОстаточная деформация измеряется на 45 ческих конструкций, включающий вибронагэтапах термического воздействия и являет- ружение и термическую обработку, о т л ися фазоструктурной деформацией. Кинети- ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения ка ее изменений при многократном качества стабилизации свойств металличетермическом воздействии отражает полно- ских материалов и контроля процесса, вибтуфаэовых превращений, т.е. степень ста- 50 ронагружение и термическую обработку бильности свойств сплава по отношению к осуществляют многократно; при этом изме- термическому возмущению. ряют остаточную пластическ ю ф

Испольэов ание вибронагружения по- цию на базе не более 10 мм на каждом этапе сле каждого этапа термостабилизации дик- воздействия, сравнивают получаемые ет ется необхо у ходимостью устранения, 55 формации и при достижении величины демы е деобусловленной термическим воздействием формации от предыдущей термической нестабильности на микроуровне. Вибро- обработки, меньшей или равной наг жение во и и равно величине ру, в здеиствуя на дефектную . деформации от последующего вибронагруструктуру металла, границы раздела, коли- жения, заканчивают циклы.