Способ локального упрочнения заготовок осесимметричной формы сдвиговыми деформациями

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для локального упрочнения полых и сплошных заготовок деталей осесимметричной формы из средне- и высоколегированных сталей и сплавов на основе железа. Заготовку, жестко закрепленную между захватами и нагретую до температуры не ниже температуры окончания фазового превращения и не выше температуры начала собирательной рекристаллизации, пластически деформируют путем вращения по меньшей мере одного захвата. Деформирование ведут со скоростью и степенью деформации, достаточными для накопления при пластической деформации, связанной с дислокациями энергии, обеспечивающей протекание процессов динамической рекристаллизации, но не приводящей к потере устойчивости. Деформацию сосредоточивают вблизи периферийного слоя заготовки. При этом за счет динамической рекристаллизации достигают максимально возможного измельчения размера зерна в приповерхностной области и создают градиентную структуру по сечению и длине заготовки. В результате обеспечивается получение более высоких физических и механических свойств в поверхностном слое заготовки и снижение затрат на упрочнение. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам получения заготовок осесимметричной формы с изменением размеров поперечного сечения по длине не более 10-12% из средне- и высоколегированных сталей и сплавов на основе железа с мелкозернистой структурой, в том числе с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой в поверхностном слое. УМЗ структура с размером зерен менее 10 мкм в заготовках и деталях обеспечивает высокий уровень физических и механических свойств и представляет большой интерес для достижения требуемого, например градиентного, распределения физико-механических свойств, в частности прочности и пластичности, в определенных зонах по объему изделия. С применением данного способа возможно получать осесимметричные заготовки деталей с высокими прочностными характеристиками вблизи боковой поверхности.

Известны способы обработки осесимметричных заготовок по схеме кручения [RU 219162, В21J 5/00, Бюл. №30, 27.10.2002, «Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой», Д.Е.Глухов, В.Н.Голубев; RU 2021064, В21J 5/00, Бюл. №19, 15.10.94, «Способ обработки осесимметричных заготовок кручением», Мазурский М.И., Еникеев Ф.У., Коршунов А.А.]. В основе этих способов лежит интенсивная пластическая деформация, которая при заданных термомеханических режимах процесса позволяет за счет динамической рекристаллизации измельчить размер зерна до нескольких микрон, что в свою очередь обеспечивает получение высоких физико-механических и служебных свойств. Наиболее близким техническим решением является способ [RU 94010931, В21J 5/00, Бюл. №31, 10.11.95, «Способ получения заготовок с мелкозернистой структурой», Ф.З.Утяшев, О.А.Кайбышев, Ф.У.Еникеев, Р.З.Валиев]. В соответствии с ним нагретую заготовку до температуры собирательной рекристаллизации устанавливают в контейнер для прессования и производят прессование, которое совмещают с пластическим кручением заготовки, со степенью деформации 2...5. Каждый из этих способов имеет свои преимущества, но при этом их недостатки не дают возможности их промышленного применения при производстве крупногабаритных поковок. Данные решения направлены на проработку структуры во всем объеме заготовки с достижением однородных свойств по сечению. Это не позволяет применять их для получения поковок из материалов с особыми свойствами, имеющих строгие ограничения по размерам структурного параметра в определенных участках в объеме деформируемой заготовки, но с высокими требованиям к статическим и усталостным прочностным характеристикам в приповерхностных слоях из-за специфики условий работы изготавливаемой детали. В условиях мелкосерийного и среднесерийного производства использование представленных способов из-за высокой стоимости изготовления громоздкой оснастки и дополнительных затрат на материалы для инструмента приведет к неоправданно высоким финансовым потерям.

Задачей данного изобретения является создание универсального способа термомеханической обработки осесимметричных заготовок, в том числе и крупногабаритных, для получения высоких физических и механических свойств в поверхностном слое за счет измельчения структуры до размеров менее 10 мкм, а также достичь минимально возможный уровень затрат в условиях мелкосерийного и среднесерийного производства при обработке заготовки по сравнению со способом-прототипом и способами-аналогами.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в способе локального упрочнения полых и сплошных заготовок деталей осесимметричной формы из средне- и высоколегированных сталей и сплавов на основе железа с изменением размеров поперечного сечения по длине заготовки на величину, не превышающую 10...12%, методом интенсивной сдвиговой пластической деформации при кручении, включающем горячее пластическое деформирование жестко закрепленной между двумя захватами заготовки в заданных термомеханических условиях, осуществляют пластическое деформирование заготовки, нагретой до температуры из интервала не ниже температуры окончания фазового превращения и не выше температуры начала собирательной рекристаллизации, путем вращения одного или двух захватов со скоростью и степенью деформации, достаточными для накопления при пластической деформации, связанной с дислокациями энергии, обеспечивающей протекание процессов динамической рекристаллизации без потери устойчивости заготовки и ее разрушения, и с обеспечением сосредоточения деформации вблизи периферийного слоя заготовки с достижением за счет динамической рекристаллизации максимально возможного измельчения размера зерна в приповерхностной области и градиентной структуры по сечению и длине заготовки.

Вращение захватов можно осуществлять с опережением одного из них на величину угловой скорости или в разных направлениях относительно друг друга.

Для достижения направленного формирования распределения УМЗ структуры заготовку вблизи захватов нагревают до более высокой в пределах заданного интервала температуры, не более чем на 20...30°С превышающей среднее значение температуры по длине заготовки.

Заготовка может быть помещена в контейнер с образующей внутренней полости, повторяющей профиль заготовки по длине, который вращают синхронно с вращающимся захватом.

Заготовки из сильно окисляющегося сплава упрочняют в защитной среде или вакууме.

Заготовка может быть нагрета неравномерно по сечению с заданным градиентом температур от оси к периферии из условия обеспечения температуры у поверхности, позволяющей получить наиболее благоприятные условия для сдвиговой деформации и динамической рекристаллизации, температура в осевой зоне не превышает температуру начала собирательной рекристаллизации.

Экономичность процесса обеспечивается за счет использования серийно выпускаемого оборудования и упрощения инструментальной оснастки благодаря простой схеме нагружения.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично показан предлагаемый способ локального упрочнения заготовок осесимметричной формы сдвиговыми деформациями. Между верхним 1 и нижним 2 захватами устанавливается заготовка 3. Изотермические условия обеспечиваются за счет нагревательных элементов 4 и стенок камеры печи 5. Передача крутящего момента к заготовке осуществляется от верхнего 1 и нижнего 2 захвата с угловой скоростью ω1 и ω2. Скорости вращательного движения захватов независимы и могут регулироваться так, чтобы обеспечить набор требуемой деформации.

Пример

Образцы в виде цилиндрической осесимметричной заготовки из магнитотвердого сплава Fe-30%Cr-8%Co с выступами, сделанными в концевых частях, повторяющими геометрию пазов инструмента, обеспечивающих жесткое крепление заготовки при нагружении, подвергали кручению в изотермических условиях при температуре 750°С со скоростью 0,02 рад/сек с углами закручивания 360°, 1080°, 1800°. Деформирующий крутящий момент передается заготовке через верхний инструмент. В результате изучения микроструктуры деформированных заготовок было получено, что с увеличением угла закручивания размер зерна в периферийной части от центра заготовки у боковой поверхности уменьшается и при 1800° достигает величины, соответствующей УМЗ структуре ˜1 мкм. Однако при этом происходит некоторое измельчение структуры и в центральной части ˜10 мкм. Причем чем больше угол закручивания, тем меньше разброс значений величины размера зерна в центральной и периферийной части по толщине заготовки после деформации.

Предлагаемый способ позволит расширить технологические возможности обработки металлов давлением с применением крутящего момента.

Предлагаемый способ позволит обеспечить возможность обрабатывать боковую поверхность тел вращения с целью локального упрочнения вблизи боковой поверхности поковки, в частности из хрупких материалов с высокими требованиями по специальным свойствам, а также чувствительных к дополнительной обработке, связанной с изменением размера структурного параметра.

1. Способ локального упрочнения полых и сплошных заготовок деталей осесимметричной формы из средне- и высоколегированных сталей и сплавов на основе железа с изменением размеров поперечного сечения по длине заготовки на величину, не превышающую 10...12%, методом интенсивной сдвиговой пластической деформации при кручении, включающий горячее пластическое деформирование жестко закрепленной между двумя захватами заготовки в заданных термомеханических условиях, отличающийся тем, что осуществляют пластическое деформирование заготовки, нагретой до температуры из интервала не ниже температуры окончания фазового превращения и не выше температуры начала собирательной рекристаллизации, путем вращения одного или двух захватов со скоростью и степенью деформации, достаточными для накопления при пластической деформации связанной с дислокациями энергии, обеспечивающей протекание процессов динамической рекристаллизации без потери устойчивости заготовки и ее разрушения, и с обеспечением сосредоточения деформации вблизи периферийного слоя заготовки с достижением за счет динамической рекристаллизации максимально возможного измельчения размера зерна в приповерхностной области и градиентной структуры по сечению и длине заготовки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют вращение захватов с опережением одного из них на величину угловой скорости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют вращение захватов в разных направлениях относительно друг друга.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку вблизи захватов нагревают до более высокой в пределах заданного интервала температуры, не более чем на 20...30°С превышающей среднее значение температуры по длине заготовки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку помещают в контейнер с образующей внутренней полости, повторяющей профиль заготовки по длине, который вращают синхронно с вращающимся захватом.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовки из сильно окисляющегося сплава упрочняют в защитной среде или вакууме.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовку перед пластическим деформированием нагревают неравномерно по сечению с заданным градиентом температур от оси к периферии заготовки из условия обеспечения температуры у поверхности, позволяющей получить наиболее благоприятные условия для сдвиговой деформации и динамической рекристаллизации, а температуры в осевой зоне - не выше температуры начала собирательной рекристаллизации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлообработки деталей машин. .
Изобретение относится к области нефтяного машиностроения и может быть использовано для изготовления нефтенасосных штанг из низкоуглеродистых сталей типа 20Н2М, 15Х2ГМФ, 20ХГНМ и др.

Изобретение относится к ремонту и восстановлению резьбы на деталях. .

Изобретение относится к электромеханической обработке и может найти применение в машиностроении. .

Изобретение относится к машиностроению и используется для изготовления резьбы на длинномерных деталях, работающих при знакопеременных нагрузках и в условиях абразивной среды.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству листового проката из низкоуглеродистой кипящей стали. .
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при восстановлении изношенных чугунных гильз цилиндров. .

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению изношенных внутренних цилиндрических поверхностей. .

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к производству инструмента для бурения шпуров и взрывных скважин малого диаметра. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для увеличения долговечности путем упрочнения и восстановления деталей машин электромеханической обработкой (ЭМО).

Изобретение относится к металлургической промышленности, и может быть использовано при различных операциях обработки металлов давлением. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при ковке заготовок из суперсплава на основе никеля для поковок. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении осколочных оболочек боеприпасов для формирования на внутренней поверхности трубчатых заготовок с дном многозаходных спиральных рифлей встречного направления.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении заготовок, применяемых для производства полых тонкостенных изделий, например алюминиевых труб, баллонов.

Изобретение относится к способам обработки материалов давлением и может применяться для получения заготовок материалов с заданной структурой, в том числе субмикрокристаллической (СМК) и нанокристаллической (НК), и соответствующим уровнем физико-механических свойств материала, который может быть использован в машиностроении, в авиастроении, в двигателестроении, в медицине и т.д.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении штамповкой шатунов двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении кольцевых заготовок. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве поковок, у которых отношение длины к диаметру более 3. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при формоизменении заготовок, которое необходимо при разработке высоких технологий механотермической обработки.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при ковке длинномерных заготовок с обеспечением больших уковов без значительного изменения поперечных размеров заготовки
Наверх