Соединительный элемент
Использование: в производстве строительных материалов при изготовлении соединительных муфт и гаек для монтажа арматурных стержней. Сущность изобретения: соединительный элемент содержит корпус в виде трубы со спиральной канавкой на внутренней поверхности, выполненный из конструкционной стали, причем материал корпуса соединительного элемента имеет структуру, отличную от структуры спиральной канавки, при этом структура по периметру спиральной канавки в слое толщиной 0,25 . 1,5 мм имеет строение измельченных феррито-лерпитных зерен размером 0,01 0,025 мм Кроме того, материал, корпуса соединительного элемента имеет феррито-перлитную структуру с размерами зерен 0.04 0,09 мм, а также структуру тростита на глубину 0,70. 0,85 минимальной толщины стенки. 2 ЗА ф-лы, 4 ил.
(в) (и) 200121991 (51)5 Е04С5 16 ВХ1НЗ 08
С21Р 1 06
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, . @ ещ
К ПАТЕНТУ, Зйц щ (21) 4940720/33 (22) 03.06.91 (46) 15.10.93 Бюл. Ne 37-38 (75) Натапов АС„ Ивченко А8„Сова 8.Г„ Ткач М.Б. (73) Натапов Аркадий Соломонович (54) СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Использование: в производстве строительных материалов при изготовлении соединительных муфт и гаек для монтажа арматурных стержней.
Сущность изобретения: соединительный элемент содержит корпус в виде трубы со спиральной канавкой на внутренней поверхноаи, выполненный из конструкционной стали, причем материал корпуса соединительного элемента имеет структуру, отличну)о от структуры спиральной канавки при этом структура по периметру спиральной канавки в оюе толщиной 0,25 1,5 мм имеет строение измельченных феррито-перлитных зерен размером 001
0,025 мм Кроме того, материал корпуса соединительного элемента имеет феррит о-перлитную структуру с размерами зерен 0,04 0,09 мм, а также структуру тростита на глубину 0,70 0,85 минимальной толщины стенки 2 зп ф-лы, 4 ил.
2001219
Изобретение относится к производству стооительных материалов и обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве соединительных муфт и гаек для монтажа арматурных стержней с винтовым профилем в процессе изготовления железобетонных иэделий и конструкций.
Известен соединительный элемент с внутрффуй "винтовым рельефом для стыкоарн . фуф ых стержней, который предст ля усрбай цилиндрическую или шестМфанную призму с соосным отверстием, на поверхности которого расположены идущие по винтовой линии спиральные канавки. Технология изготовления таких соединительных элементов включает в себя операцию формирования внутреннего винтового рельефа (резьбы) методом резания при помощи специальных резцов (метчики ротяжка).
Недостатком такого соединительного элемента является сложность и трудоемкость его изготовления. Кроме того нарезка внутреннего винтового. рельефа методом холодного резания существенно снижает надежность соединительных элементов изза нарушения текстуры металла перерезание волокон), которая сформировалась в процессе горячей прокатки заготовки.
Структура таких соединительных элементов однородна по сечению v. обусловлена структурой исходной заготовки (равномерная
Известен соединительный элемент, внутренняя резьба которого получена платическим деформированием резьбообразующим инструментом, Технология изготовления такого элемента предусматривает нагрев заготовки с отверстием, диаметр которого больше наружного диаметра получаемой резьбы, обьемное обжатие на инструмент и последующее извлечение резьбообразующего инструмента из заготовки вращением. Недостатками известного соединительного элемента являются низкая точность получаемой резьбы, обусловленная штамповкэй при высокой температуре; низкое качество поверхности резьбы. обусловленное окалинообразованием при температурах штамповки; низкая прочность резьбы, обусловленная наличием дефектного слоя, образовавшегося вследствие его обеэуглероживания при высоких температурах. Наиболее близким является соединительный элемент, получаемый путем форми5 рования внутреннего винтового рельефа в толстостенной трубной заготовке методом пластической деформации. Технология изготовления предполагает нагрев заготовки и последующую ее деформацию в прокатных валках на профилированной оправке с последующим вывинчиванием. Недостатком известного соединительного элемента является структурная неоднородность по длине, обусловленная 15 технологическими особенностями их производства. что негативно сказывается на конструктивной прочности. В результате нагрева до 1200 — 12500С на внутренней и наружной поверхности заготовки наблюдается полоска толщиной около 0.5 мм обеэуглероженной структуры, что ведет к "умягчению" последней и снижению агрегатной и роч н Ости. В центре стен ки изделий наблюдается равноэернистость. Структура представляется в виде двух чередующихся спиральных полос, что вызвано различной степенью деформации заготовки при формировании. винтового рельефа путем прокатки на оправке, На участках, располо30 женных в вершинах винтового рельефа (утонение стенки в районе реэьбовой канавки), структура представляет собой измельченную феррито-перлитную смесь с зернами 6-7 балла. В местах между винтовыми ка35 навками (утолщение стенки) имеется крупнозернистая феррито-перлитная структура с зернами 2-3 балла. Такая зональная разнозернистость (неоднородность) структуры отрицательно сказывается на хладостойко40 сти и усталостной прочности, так как приводит к нестабильности механических свойств по длине соединительных элементов и к снижению эксплуатационной надежности. Цепью изобретения является повыше45 ние эксплуатационной надежности п тем увеличения статической и усталостной прочности соединительных элементов. Поставленная цель достигается тем, что материал корпуса соединительного элемен50 та имеет структуру, отличную от структуры спиральной канавки, при этом структура по периметру спиральной канавки в слое толщиной 0.25...1,5 мм имеет строение измельченных феррито-перлитн ых зерен размером 55 0.01...0.025 мм, а материал корпуса в одном случае имеет феррито-перлитную структуру с размерами зерен 0.04...0,09 мм, в другом — структуру троостита в наружном слое на глубину 0.70...0,85 минимальной толщины стенки. 2001219 На фиг,1 показам соединительный элемент для стыковзния арматурных стержней с винтовым профилем; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 и фиг.4 — фрагмент соединительного элемента с представлением характерных структур по сечению изделия и периметру спиральной канавки, Соединительный элемент (фиг.1) содержит корпус 1 в виде, например, шестигранной трубы (возможна любая другая— четырехгранная, круглая) из конструкционной стали со спиральными канавками 2 нэ внутренней поверхности, Форма и размеры спиральной канавки соответствуют размерам стыкуемых стержней с необходимым припуском. Равнопрочность:стыкового соединения и исходных арматурных стержней обусловлена площадью "живого сечения" соединительного элемента заключенной между внешней поверхностью и максимальным диаметром спиральной канавки (д на фиг.2), а также структурным состоянием материала. Статическая прочность соединительного элемента обуславливается структурой металла в слое 1, хладостойкость и усталостную прочность улучшает наличие измельченного слоя 2 (фиг,3 и 4), Формирование представленных структур осуществляется в процессе изготовления соединительных элементов по специальной технологии. Необходимость формирования различной структуры по сечению иэделия обусловлена конструктивными особенностями соединительного элемента, характером воспринимаемых нагрузок и температурных режимов эксплуатации. Известно, что наличие спиральной канавки на внутренней поверхности соединительного элемента, служащей для навинчивания его на винтовые выступы стыкуемых арматурных стержней, приводит к снижению "живого сечения" (площади поперечного сечения. воспринимаемому нагрузку) и созданию допол нительного напряженного состбяния материала. Т,е. спиральная канавка (резьба) является естественным фактором (надрезом), повышающим концентрацию напряжений, что в реальных условиях эксплуатации при наличии сопутствующих факторов (динамических нагрузок и пониженных температур) может приводить к разрушению соединительных элементов. Нивевирование отрицательного воздействия, спиральной канавки (резьбы) на внутренней поверхности соединительного элемента на его конструктивную прочность достигается путем формирования различной структуры в материале корпуса и спиральной канавки, При этом структура материала корпуса соединительного элемента определяет его статическую прочность, а структура по периметру спиральной канавки определяет его усталостную прочность, Увеличение усталостной прочности 5 (предела выносливости) достигается путем измельчения феррито-перлитных зерен по периметру спиральной канавки. При этом . проявляется эффект "барьерного" действия мелких зерен. Повышение предела вынос10 ливости происходит за счет более высокого напряжения, необходимого для зарождения усталостной трещины, уменьшения концентрации напряжений в мелкозернистой структуре, более позднему зарождению 15 микротрещин и их торможению на границах зерен. Эффективное действие наблюдается, когда толщина слоя измельченной структуры составляет 1/10...1/5 минимальной толщины стенки корпуса соединительного 20 элемента. Толщина слоя 0,25 мм характерна для элементов, предназначенных для стыкования арматурных стержней диаметром 10...12 мм (отношение минимальной толщины стенки к глубине спиральной канавки 25 1,4„,1,6); толщина слоя 1,5 мм характерна для элементов, предназначенных для стыкования арматуры диаметром 36...40 мм (отношение минимальной толщины стенки к глубине спиральной канавки 2,1„,2,5). Рзз30 мер феррито-перлитных зерен менее 0,01 мм (10 балл) невозможно сформировать на рядовых конструкционных сталях, зерна размером более 0,025 мм (балл 8) приводят к ослаблению "барьерного" эффекта и сни35 жа от усталостную прочность. Увеличение статической прочности достигается путем формирования в материале корпуса соединительного элемента феррито-перлитной структуры с размерами зерен 40 0,04...0,09 мм (бэлл зерна 6,5...4) или структуры троостита. При этом соединительные элементы с феррито-перлитной структурой используются без дополнительной обработки для стыкования стержней винтовой арма45 туры класса прочности А-III...À-IV, со структурой троостита (после дополнительной термической обработки) для стыкования арматуры класса прочности А-V...A-VI. При наличии в материале корпуса структуры 50 с зерном более 0,09 мм (балл ниже 4) наблюдается резкое снижение статической прочности, при зерне мельче 0,04 мм (бал выше 6) существенного прироста прочности не наблюдается. Если в материале корпуса сфор55 мировать структуру троостита (путем дополнительной обработки), то для сохранения измельченной зернистой структури по периметру спиральной канавки. толщина слоя троостита должна GOGTBR/l÷òü 0,70...0,85 минимальной толщины с.ò í и 2001219 40 : ол дина слоя троостита менее 0,70 минимальной толщины стенки снижает статичекую прочность, 10пщина более 0.85 приводит к негативному воздействию на структуру спиральной канавки (охрупчивание за счет выделения смешанных структу, }. Наличие смешанных структур возмо>кно в переходной зоне между слоем, измельченной зернистой структуры по периметру спиральной канавки и слоем троостита в материале корпуса при сохранении соответствующих размеров указанных слоев. Пример. Осуществляли выпуск опытной партии соединительных элементов для высокопрочной арматуры винтового профиля классов Ат-IV и Ат-Vl (по ГОСТ 10884-81) диаметром 25 мм, Заготовкой для соединительных элементов служили шестигранные ; рубы из стали марки 45 с размером "под кл;оч" 41 мм с внутренним отверстием 26,5 мм, Нагрев заготовок длиной. равной длине соединительного элемента, осуществляли в индукционной печи до температуры аустенитного состояния. Затем их переносили в удер>кивающее устройство и осуществляли формирование спиральных канавок на внутпенней поверхности вращающейся оправкой с формообразующим рельефом, 1роцесс формирования спиральных канаь >к с=ущ. с>впяют на тскарно-винторезном -.,анке при скорости вращения оправки 100 б/. ин, подача суппорта с закрепленным устройством — 12 мм/оборот, Оправка диаметром 25 мл: имела на поверхности давящ:, е выступы лз сплава ВК-6, которые по форме соответствовали форме требуемой спиральной канавки. Пу ем ре ламентации температурноарел1енного режима нагрева и деформации заготовки изл1еняли величину зерна в материале корпуса -оединительного элемента от 0,03 мм до 0.12 мм (более балл 7...3) и толщину слоя измельченной структуры с величиной зерна 0,011...0,030 мм (балл 10...7) по периметру спиральной канавки величиной 0,20...1,6 мм. После завершения процесса соединительные элементы извлекались из устройства и далее подвергались охлаждению на воздухе и в воде. Соединительные элементы, подвергнутые охлаждению в воде(закалке), пр".дваритепьно продувались потоком воздуха через внутреннюю поверхность для снижения температуры спиральной канавки и фиксирования измельченной ферритоперлитной структуры. Продолжительностью воздушного охлаждения регулировали толщину стенки с эустенитной структурой для формирования в ней троостита. После осуществления последующей закалки в воде, осуществляли отпуск при температуре 400 С с получением троостита в слое толщиной 0,60...0,90 минимальной толщины стенки, Неоднородность структуры по сечению соединительного элемента (в материале корпуса — троостит, по спиральной канавке — феррито-перлитная смесь) можно получить при помощи других приемов термической обработки. Готовые соединительные элементы служили для стыковки стержней класса Ат-IV u Ат-Vl арматурной стали марки 20ГС диаметром 25 мм. Стыковые соединения были подвергнуты стендовым испытаниям при статических(растяжение). циклических (знакопеременный изгиб) и динамических (удар) нагрузках. Результаты испытаний представлены в таблице, Дпя сравнительных испытаний изготавливали соединительные элементы с известной неравномерной структурой в виде двух чередующихся спиральных феррито-перлитных зерен различной дисперсностью, по технологии известного способа, при котором заготовку. нагретую до температуры 1250 С, одевали на профилированную оправку, деформирование осуществляли в трехвалковой прокатной клети со степенью деформации 25, а оправку удаляли путем вывинчивания после остывания.иэделий. Соединительные элементы сравнительной партии подвергали аналогичным охлаждению и испытаниям. Данные приведены в таблице. Как видно иэ приведенных данных, показатели конструкционной прочности (статическая прочность, ударная вязкость, устапостная прочность) соединительных элементов с данной структурой (изготовление по специальной технологии) превосходят в 1,2...1,5 раза аналогичные характеристики соединительных элементов с известной структурой. что свидетельствует о их повышенной эксплуатационной надежности. (56) Арматурная сталь с горччекатаным рифлением. В сб. Экспресс-информация. Прокатка и прокатное оборудование, 1973, М 33, стр.24-27. Авторское свидетельство СССР М 700268, кл. В 21 Н 3/08, 1978, Авторское свидетельство СССР N638409,,кп. В 21 Н 3/08. 1976. Особенности формирования структуры соединительных элементов различных способов изготовления. — Металлургическая и горнорудная промышленность N 3, 1991. 2001219 Продолжение таблицы ме зт ра яс йк Аткал пус ерж сса * 1 и 7 — no прототипу. Формула изобретения 1. соединительный элемент, содержащий корпус в виде трубы со спиральной канавкой на внутренней поверхности, выполненный из конструкцион ной стали, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем 55 увеличения статической и устал остной прочности, материал корпуса соединительного элемента имеет структуру, отличную от структуры спиральной канавки, при этом структура по периметру спиральной канавки в слое толщиной 0,25 - 1,5 мм имеет строение измельченных феррито-перлитных зерен размером 0,01 - 0,025 мм. 2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что материал корпуса соединительного элемента имеет феррито-перлитную структуру с размерами зерен 0,04 - 0,09 мм. ,";. Элемент по п.1, отличающийг тем, что материал корпуса соединительного элемента имеет структуру троос1и|а на глубину 0„70 - 0,85 минимальной то дины стенки. 2001219 2001219 Заказ 3117 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Составитель Т, Апарина Редакторо М. Самероханова Техред М.Моргентал Тираж НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Корректор С.Юско Подписное
