Способ изготовления биметаллических изделий

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве биметаллических изделий, в частности тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Задача изобретения - повышение качества биметаллических изделий. Способ включает сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, калибровку сборной заготовки посредством вытяжки с утонением стенки оболочки, герметизацию сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку. Причем сборную заготовку дважды подвергают осевому давлению, осуществляя его сначала после сборки, а затем после калибровки сборной заготовки, при этом давление проводят с усилием, достаточным для деформации донной части заготовки оболочки, но не превышающим усилие продольной устойчивости заготовки сердечника. Изобретение обеспечивает снижение газонасыщенности сборных заготовок и качественное сопряжение торцовой поверхности заготовки сердечника и внутренней поверхности донной части заготовки оболочки.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве биметаллических изделий, в частности тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

Известен способ изготовления биметаллических изделий, выбранный в качестве прототипа, включающий сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, калибровку сборной заготовки посредством вытяжки с утонением стенки оболочки, герметизацию сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку (Король В.К. и Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. - М.: Металлургия, 1970, с.203-205).

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа изготовления биметаллических изделий, является получение в ряде случаев изделий невысокого качества. Это обусловлено тем, что при сборке не всегда удается обеспечить качественное сопряжение торцовой поверхности заготовки сердечника и внутренней поверхности донной части заготовки оболочки вследствие действия ряда негативных факторов, таких как неплоскостность внутренней поверхности донной части заготовки оболочки, наличие выступов на внутренней поверхности донной части заготовки оболочки от пуансона, используемого при их обратном выдавливании, перекос заготовки сердечника при сборке с заготовкой оболочки. При этом между торцом заготовки сердечника и внутренней поверхностью заготовки оболочки при их сборке образуется полость, заполненная воздухом. На начальном этапе калибровки сборных заготовок, при обжатии донной части оболочки, вследствие действия изгибающих моментов происходит ее деформирование, при этом донная часть оболочки выпучивается, принимая форму сферы. Использование сборных заготовок, имеющих после сборки некачественное сопряжение внутренней поверхности донной части заготовки оболочки и торцовой поверхности заготовки сердечника, приводит к увеличению указанной полости с воздухом. При последующей термодиффузионной обработке находящийся в сборной заготовке воздух проявляется на глухом торце и/или образующей либо в виде вздутий, либо в виде неприлегания оболочки к сердечнику, фиксируемого при проведении приборного контроля. Данный вид несоответствия для биметаллических изделий является недопустимым.

Основной задачей, на решение которой направлен заявленный способ изготовления биметаллических изделий, является повышение качества биметаллических изделий.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного способа, является снижение газонасыщенности сборных заготовок и уменьшение количества биметаллических изделий, имеющих несоответствия по неприлеганию оболочки к сердечнику, за счет обеспечения качественного сопряжения торцовой поверхности заготовки сердечника и внутренней поверхности донной части заготовки оболочки.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления биметаллических изделий, включающем сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки, калибровку сборной заготовки посредством вытяжки с утонением стенки оболочки, герметизацию сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку, согласно изобретению сборную заготовку дважды подвергают осевой поддавке, осуществляя ее сначала после сборки, а затем после калибровки сборной заготовки, при этом поддавку проводят с усилием, достаточным для деформации донной части заготовки оболочки, но не превышающим усилие продольной устойчивости заготовки сердечника.

Осуществление осевой поддавки сборных заготовок после их сборки в заявленном диапазоне изменения усилия поддавки обусловлено необходимостью обеспечения качественного сопряжения заготовки оболочки и заготовки сердечника в районе глухого торца сборной заготовки перед калибровкой, что достигается за счет деформации донной части заготовки оболочки и смятия выступов на ее внутренней поверхности.

Осуществление второй осевой поддавки сборных заготовок после их калибровки в заявленном диапазоне изменения усилия поддавки обусловлено необходимостью обеспечения качественного сопряжения заготовки оболочки и заготовки сердечника в районе глухого торца сборной заготовки за счет прижатия к торцу сердечника донной части оболочки, в случае ее деформирования (выпучивания) в процессе калибровки сборной заготовки. Проведение двух осевых поддавок сборных заготовок способствует уменьшению объемов полостей с воздухом в районе глухого торца сборных заготовок, а в ряде случаев полностью исключает их образование, что снижает газонасыщенность сборных заготовок и повышает качество готовых биметаллических изделий.

Согласно заявляемому изобретению поддавку проводят с усилием, достаточным для деформации донной части заготовки оболочки, но не превышающим усилие продольной устойчивости заготовки сердечника. Превышение вышеуказанного верхнего предела приводит к потере заготовкой сердечника продольной устойчивости и ее искривлению и, как следствие, к получению биметаллических изделий с увеличенной непрямолинейностью, что недопустимо. Проведение же поддавки с усилием, недостаточным для деформации донной части заготовки оболочки, приводит к сохранению полости с воздухом в районе глухого торца сборной заготовки, образующейся как после сборки, так и после калибровки сборных заготовок. Наличие в сборных заготовках полостей с воздухом приводит к получению биметаллических изделий, имеющих неприлегание оболочки к сердечнику на глухом торце и/или образующей, что также недопустимо.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа изготовления биметаллических изделий, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Изучение известных технических решений в данной и смежных областях техники не позволило выявить признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Пример осуществления изобретения.

Заготовки сердечников цилиндрической формы с тороидальными участками на торцах из спеченного алюминиевого порошка (САП) устанавливали в заготовки оболочки в виде стаканов из алюминиевого сплава Б1T ТУ 95.2222-90, донная часть которых имела цилиндрический и тороидальный участки. Полученные сборные заготовки подвергали осевой поддавке с усилием около 6 кН, используя гидравлический пресс PYE-10S1 с регулируемым усилием на плунжере пресса. Поддавку осуществляли путем приложения осевого усилия к открытому торцу заготовки сердечника сборной заготовки, установленной на рабочей плите пресса. Сборные заготовки после первой осевой поддавки калибровали посредством вытяжки с утонением стенки оболочки, после чего осуществляли их вторую осевую поддавку с тем же усилием и на том же прессе, что и в случае проведения первой поддавки. Полученные сборные заготовки подвергали герметизации и термодиффузионной обработке.

Выбор усилия поддавки был сделан на основании проведенных исследований изменения суммарной высоты заготовки сердечника и толщины донной части заготовки оболочки при различных усилиях поддавки. Указанное значение усилия поддавки было достаточным для деформации донной части заготовки оболочки и обеспечивало сохранение продольной устойчивости заготовки сердечника, без ее искривления.

Металлографические исследования сборных заготовок как после первой поддавки, так и после второй поддавки показали отсутствие полостей с воздухом между торцом заготовки сердечника и внутренней поверхностью донной части заготовки оболочки, при этом последняя плотно прилегала к торцу заготовки сердечника.

Использование заявленного способа позволяет обеспечить качественное сопряжение торцовой поверхности заготовок сердечников и внутренней поверхности донной части заготовок оболочек перед калибровкой сборных заготовок, а также перед их термодиффузионной обработкой, что снижает газонасыщенность сборных заготовок и способствует получению биметаллических изделий требуемого качества.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:

- средства, воплощающие изобретение при его осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно при изготовлении биметаллических изделий, в частности тепловыделяющих элементов ядерных реакторов;

- для заявленного изобретения в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных средств и методов;

- средства, воплощающие изобретение при его осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Способ изготовления биметаллических изделий, включающий сборку заготовки сердечника и заготовки оболочки с донной частью, калибровку сборной заготовки посредством вытяжки с утонением стенки оболочки, герметизацию сборной заготовки и ее термодиффузионную обработку, отличающийся тем, что сборную заготовку дважды подвергают осевому давлению, которое осуществляют сначала после сборки, а затем после калибровки сборной заготовки, при этом давление проводят с усилием, достаточным для деформации донной части заготовки оболочки и не превышающим усилие продольной устойчивости заготовки сердечника.