Способ электроконтактного нагрева заготовок

 

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении для повышения пластичности стальных заготовок при сохранении их прочностных свойств после электротермической обработки, в частности проволоки из среднеуглеродистой стали. Способ электроконтактного нагрева заготовок из среднеуглеродистых сталей заключается в нагреве заготовки из среднеуглеродистой стальной проволоки пропусканием тока определенной плотности и в течение определенного времени. 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении для повышения пластичности стальных заготовок при сохранении их прочностных свойств после электротермической обработки, в частности, проволоки из среднеуглеродистой стали.

Известен способ термической обработки металлической заготовки, включающий электроконтактный нагрев с заданной плотностью тока в процессе перемещения зоны нагрева по заготовке с заданной скоростью (см. авт. св. СССР N 259101, кл. C 21 D 1/40, 1970).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что известный способ возможно использовать в сравнительно ограниченной области для термообработки тонкостенных металлических изделий.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является способ электротермической обработки металлической заготовки, преимущественно из среднеуглеродистых сталей, включающий позонный нагрев заготовки электрическим током с заданной плотностью тока в течении определенного времени с перемещением зоны нагрева по длине заготовки (см. авт. св. СССР N. кл. C 21 D 1/40, 1988, решение о выдаче от 11.04.89, по заявке N 4601452/02), принят за прототип.

В известном способе нагрев производят током высокой плотности величиной 35 380 А/мм при определенной плотности мощности, а зону нагрева перемещают со скоростью 0,7-268 см/мин.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что известный способ не позволяет вести обработку давлением стальной длинномерной заготовки (проволоки), не обеспечивает сохранение ее высокой прочности при одновременном повышении пластичности готового изделия, интенсифицировать процесс термообработки, снизить энергозатраты.

Что касается диапазонов величин плотности тока (35 380 А/мм²), скорости перемещения зоны нагрева (0,7 268 см/мин), известных из прототипа, то при термообработке проволоки в указанных диапазонах не достигается требуемый технический результат, изложенный ниже, и не выполняется поставленная задача, что подтверждается сведениями, приведенными в настоящем описании заявки, в частности, результатами проведенных исследований (см. таблицу).

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении возможности регулирования физико-механических характеристик проволоки, интенсификации процесса термообработки, снижении энергозарат.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в сохранении высокой прочности проволоки при одновременном повышении пластичности готового изделия.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе электротермической обработки металлической заготовки, преимущественно из среднеуглеродистых сталей, включающий позонный нагрев заготовки электрическим током с заданной плотностью тока в течение определенного времени с перемещением зоны нагрева по длине заготовки, позонный нагрев проводят током с плотностью 49 103 А/мм² в течение времени 0,5 1,6 с.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, в заявленном изобретении не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата; увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретальский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа.

Позициями обозначены: 1 скользящие твердосплавные волоки с токоподводом; 2 рабочая зона; 3 проволока из среднеуглеродистой стали; 4 металлические обоймы для волок; 5 токопроводы. Обоймы 4 имеют опорный поясок для проволочки. В каждой обойме 4 можно разместить до двух волок 1 для увеличения контактной поверхности.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Способ осуществляется следующим образом.

Проволоку 3 диаметром, например, d 3 мм из среднеуглеродистой стали марки Ст.80, полученной, например, холодным волочением, протягивают через волоки 1 со скоростью V, изменяющейся от 0,1 м/с до 4,6 м/с.

Через рабочую зону длиной, например, равной 80 мм пропускают электрический ток высокой плотности (ТВП) величиной 49 103 А/мм³ промышленной частоты. При этом в процессе последовательной протяжки проволоки каждая ее зона нагрева находится под действием тока при заданной скорости и длине базы в течение 0,5 1,6 с. Ток нагревает проволоку до температуры порядка 450 550^оС, которую контролируют, например, с помощью термопар.

В таблице приведены обобщенные данные результатов проведенных заявителем многократных исследований прочностных и пластических свойствах проволоки после ее обработки по предложенному способу, проведенных заявителем.

Как видно из приведенных результатов испытаний, начиная с времени t 0,5 с и до t 1,6 с при пропускании электрического тока высокой плотности (ТВП) величиной 49 103 А/мм², пластичность проволоки, прошедшей указанную термообработку (bТ), возрастает примерно в два раза по отношению к пластичности проволоки, не прошедшей указанную обработку (bнт). При этом сохраняется достигнутый предел прочности G. При времени t 0,5 с он равен практически пределу прочности исходной проволоки и при t 1,6 с незначительно снижается на 2,5% Устойчивость температурного режима нагрева, а, следовательно, и равномерность механических свойств электротермообработанной заготовки зависит в частности, от устойчивости переходных контактных сопротивлений токоподводящих устройств. Надежный контакт обеспечивает контактное давление не менее 20 МПа. В процессе электронагрева происходило увеличение диаметра проволоки за счет теплового расширения. Это приводит к появлению небольшого обжатия до 1% В обоих контактирующих фильерах и соответственно к образованию надежного электрического контакта без искрения. Для исключения местного перегрева металла и обрыва проволоки устройство позволяло при повышенных плотностях тока использовать спаренные волоки. При этом площадь контакта увеличивалась в два раза.

Оптимальная скорость нагрева составляет величину 440 550^oC/c. Температуру проволоки при волочении можно изменять подбором ступеней напряжения U и величиной базы нагрева. Однако, при больших базах нагрева более 250 мм возникают затруднения в подготовке концов проволоки и ее заправки в фильеры.

Проведенные многократные испытания позволили установить, что указанный временной интервал является оптимальным. За это время успевают пройти диффузионные процессы по обеднению ферритовых зерен углеродом, что связано с увеличением пластичности стали марок Ст.70, Ст.80. В то же время механизмы, ответственные за понижение прочности, за этот период времени не успевают срабатывать.

П р и м е р 1. Проволоку (сталь 80) диаметром d 3 мм протягивали через две волоки-контакты со скоростью 1,4 м/с. Расстояние между центрами парных волок было 2,24 м. Диаметр волок равнялся 3 мм. Во время протяжки через рабочую зону пропускали электрический ток промышленной частоты плотностью 49 А/мм². При заданной скорости протяжки каждый участок проволоки длиной 2,24 м находился под действием тока в течение 1,6 с. Проведенные затем физико-механические исследования обработанной проволоки показали, что по предлагаемому способу при одинаковой прочности пластичность стальной проволоки выше, чем при термообработке в известном режиме в 2,1 раза.

П р и м е р 2. Проволоку (сталь 70) d3 мм протягивали через две волоки-контакты со скоростью 4,0 м/с. Расстояние между центрами парных волок было 2 м. Диаметр волок равнялся 3 мм. Во время протяжки через рабочую зону пропускали электрический ток промышленной частоты плотностью 103 А/мм². При заданной скорости протяжки 4,0 м/см каждый участок проволоки длиной 2 м находился под действием тока в течение 0,5 с. Проведенные затем физико-механические исследования обработанной проволоки показали, что по предлагаемому способу при одинаковой прочности пластичность стальной проволоки выше, чем при термообработке в известном режиме в 1,9 раза.

Из зависимости, отраженной в таблице, следует, что в интервале времени электротермообработки t 0,5-1,6 c прочность стабилизируется, а пластичность близка к максимальной величине. При значении времени электротермообpаботки t < 0,5 c пластичность не достигает максимальной величины, а при t > 1,6 с прочность материала проволоки резко уменьшается. По полученным данным легко выбрать время нагрева в указанном интервале времени, когда при той же прочности пластичность материала проволоки (среднеуглеродистая сталь) увеличивается почти в 2 раза при стабильных показателях прочности проволоки.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно, в машиностроении, для повышения пластичности стальных заготовок при сохранении их прочностных свойств в процессе электротермической обработки, в частности, проволоки из среднеуглеродистой стали; для заявленного изобретения в том виде, как оно характеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Формула изобретения

СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАГРЕВА ЗАГОТОВОК, включающий позонный нагрев заготовки путем пропускания тока заданной плотности в течение заданного времени с перемещением зоны нагрева по длине заготовки, отличающийся тем, что нагрев ведут током с плотностью 49-103 А/мм² в течение 0,5-1,6 с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2