Способ термомеханической обработки изделий

Изобретение относится к области термомеханической обработки трубных металлических изделий. Способ термомеханической обработки трубных деталей с внутренней рабочей поверхностью, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую винтовым обжатием, последеформационную выдержку, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что перед обжатием производится водное контролируемое предварительное подстуживание. Предлагаемый способ за счет того, что перед обжатием производится водное контролируемое предварительное подстуживание, позволяет гарантированно получать сжимающие внутренние остаточные напряжения на внутренней поверхности (благоприятное напряженное состояние с точки зрения эксплуатации), что значительно повышает конструкционную прочность трубчатой детали при эксплуатации. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области термомеханической обработки трубных металлических изделий.

Известен способ объемной термомеханической обработки трубных деталей, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую винтовым обжатием, охлаждение и отпуск (А.С. 322378, С 21 D 1/78, опубл. 30.11.1971, бюл. №36).

Недостатком является то, что он не всегда позволяет формировать благоприятное напряженное состояние с точки зрения эксплуатации.

Известен также способ объемной термомеханической обработки цилиндрических деталей, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую радиальным обжатием с кручением в двух взаимопротивоположных направлениях, охлаждение и отпуск (Патент РФ 2055911, С 21 D 8/00, опубл. 03.10.1996).

Недостатком является то, что он не всегда позволяет формировать благоприятное напряженное состояние с точки зрения эксплуатации.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ изготовления стволов охотничьего и служебного оружия винтовым обжатием (Патент РФ №2151016, F 41 A 21/00, опубл. 20.06.2000).

При реализации известного способа не всегда может быть получено благоприятное напряженное состояние с точки зрения эксплуатации.

Предложен способ термомеханической обработки трубных деталей с внутренней рабочей поверхностью, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую винтовым обжатием, последеформационную выдержку, охлаждение и отпуск, отличающийся тем, что перед обжатием производится водное контролируемое предварительное подстуживание.

Предлагаемый способ за счет того, что перед обжатием производится водное контралируемое предварительное подстуживание, позволяет гарантировано получать сжимающие внутренние остаточные напряжения на внутренней поверхности (благоприятное напряженное состояние с точки зрения эксплуатации), что значительно повышает конструкционную прочность трубчатой детали при эксплуатации.

Способ может быть реализован на известном оборудовании для высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) винтовым (ВО) или радиальным обжатием (РО), например (А.с. 267665, C 21 D 7/14, опубл. 02.04.1970) с незначительной доработкой. Доработка заключается в размещении перед узлом деформирования спрейера для предварительного подстуживания.

Сущность способа заключается в том, что трубчатую заготовку нагревают токами высокой частоты до температуры аустенизации по всему сечению (выше на 50-100°С А_С3), подстуживают наружную поверхность до контролируемой температуры в наружном спрейере, которая определяется ниже температуры аустенизации, но выше температуры метастабильного аустенита. Температура подстуживания выбирается в зависимости от материала заготовки. Затем обжимают в узле деформации на короткой удерживаемой оправке для формирования профиля внутренней поверхности, далее следуют: последеформационная выдержка и окончательное двухстороннее (с внутренней и наружной поверхности) спрейерное охлаждение. Окончательная операция - отпуск.

Благодаря созданию благоприятного напряженного состояния применение способа позволяет повысить конструкционную прочность трубчатых изделий с внутренней рабочей поверхностью.

Способ был проверен при изготовлении трубчатых образцов из стали 30ХН2МФА ОСТ 3-98-80.

Трубчатая заготовка (внутренний диаметр 15 мм, наружный 25.6 мм, длина рабочей части 300 мм) обжималась на горизонтальной установке для винтового обжатия (а.с.) с необходимой доработкой со следующими технологическими параметрами: температура нагрева 980°С, степень деформации 12.5%, осевая подача S_oc=240 мм/мин, частота вращения n=132-140 об/мин, угол разворота роликов относительно продольной оси β=1°03^', температура подстуживания наружной поверхности 650°С, время после деформационной выдержки τ_пд=34 сек.

Проведенные исследования, при статическом нагружении внутренним давлением, по сравнению с прототипом выявили повышение предела пропорциональности на 410 МПа, предела прочности на 470 МПа. При этом значение относительного удлинения незначительно снизилось (разрушении образцов δ_b=19,5% - прототип, δ_b=4,5% - предлагаемый способ, при максимальном внутреннем давлении δ_max=10,9% - прототип, δ_max=10% - предлагаемый способ). Внутренние тангенциальные остаточные напряжения на внутренней поверхности, определенные по методу Г.Закса, прототип - 280 МПа, предлагаемый способ - 550 МПа.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет создавать благоприятное напряженное состояние, с точки зрения эксплуатации, значительно повысить конструкционную прочность при незначительном снижении пластичности.

1. Способ термомеханической обработки полых изделий, включающий нагрев до температуры аустенизации, пластическую деформацию, осуществляемую винтовым обжатием, последеформационную выдержку, охлаждение наружной и внутренней поверхности изделия и отпуск, отличающийся тем, что перед пластической деформацией производят предварительное водное контролируемое подстуживание наружной поверхности изделия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное подстуживание производят водовоздушной смесью.