Способ изготовления стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец


 


Владельцы патента RU 2407621:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец из проволоки. Производят предварительный нагрев проволоки до температуры, на 250-300°C превышающей Ас3, и деформационное упрочнение в интервале температур мартенситного превращения Мнк. Для этого проволоку протягивают через профильные волочильные ролики с обжатием. Полученный профиль навивают на оправку и производят его термофиксацию при температуре 350-400°С в течение 1 ч. Навитый профиль разрезают на оправке на отдельные кольца. Кольца устанавливают в гильзу и подвергают термостабилизации при температуре 560-580°С в течение 30 мин. В результате обеспечивается возможность получения стальных поршневых колец сложного профиля с высокими эксплуатационными свойствами. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных поршневых колец из проволоки.

Известен способ изготовления стальных компрессионных поршневых колец, включающий предварительный рекристаллизационный отжиг проволоки при температуре на 10-20°С ниже точки Ac1 в течение 1 ч, деформационное упрочнение проволоки протягиванием с обжатием 70-75% через профильные волочильные ролики, отпуск полученного профиля при температуре 500°С в течение 1 ч и навивку полученного профиля на оправку с натяжением. После этого профиль стального компрессионного поршневого кольца подвергают термостабилизационному отпуску при температуре 550°С в течение 1 ч для динамического старения под нагрузкой и полигонизации, а затем осуществляют разрезку на оправке профиля на отдельные стальные компрессионные поршневые кольца (патент RU 2341362, МПК8 В23Р 15/06, B21F 37/02, С21D 8/06).

Однако эксплуатационная стойкость получаемых компрессионных поршневых колец является недостаточно высокой, что обусловлено наличием возможности разрушения структуры стали и появления поверхностных трещин профиля вследствие высокой степени холодной деформации проволоки, составляющей 70-75%.

Известен способ изготовления стальных маслосъемных поршневых колец, заключающийся в том, что осуществляют пять деформационных упрочнений проволоки путем ее протягивания через профильные волочильные ролики с соответствующими обжатиями 35-40%, 20-25%, 10-15%, 15-20%, 6-8%, рекристаллизационный отпуск проволоки после первого и третьего деформационных упрочнений при температуре 660-680°С в течение 1 ч. При этом перед первым деформационным упрочнением проволоки производят ее очистку в электролитной плазме с одновременным подогревом до 80-100°С при движении проволоки к профильным волочильным роликам, а после пятого деформационного упрочнения выполняют пробивку перфорированных пазов на проволоке и производят навивку на оправку, которую осуществляют с натяжением с образованием профиля маслосъемного поршневого кольца. Затем производят термофиксацию профиля маслосъемного поршневого кольца на оправке при температуре 500°С в течение 1 ч и его разрезку на оправке на отдельные кольца, которые устанавливают в гильзу, в которой осуществляют термостабилизацию при температуре 500°С в течение 1 ч (патент RU 2318645, МПК8 В23Р 15/06).

Основным недостатком вышеописанного способа является исчерпаемость пластичности получаемых стальных маслосъемных поршневых колец, обусловленная высокими деформационными упрочнениями при пятикратном протягивании проволоки через профильные волочильные ролики, что сопровождается появлением микротрещин в сложнолегированных карбидообразующих сталях Х12МФ, Х12Ф1, Х6 ВФ, 40Х13, применяемых для изготовления поршневых колец, а также преждевременным выходом из строя профильных волочильных роликов с образованием сколов и выкрашиваний.

Задачей изобретения является повышение пластичности получаемых стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец без нарушения сплошности при сохранении высоких эксплуатационных свойств.

Для решения поставленной задачи способ изготовления стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец включает предварительный нагрев стальной проволоки до температуры, на 250-300°С превышающей Ас3, деформационное упрочнение проволоки путем ее протягивания через профильные волочильные ролики в интервале температур мартенситного превращения Мнк с обжатием, навивку полученного профиля на оправку, термофиксацию навитого профиля на оправке при температуре 350-400°С в течение 1 часа, разрезку навитого профиля на оправке на отдельные кольца, которые устанавливают в гильзу и подвергают термостабилизации при температуре 560-580°С в течение 30 мин.

При изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец после деформационного упрочнения проволоки пробивкой выполняют перфорированные пазы и осуществляют калибровку.

Деформационное упрочнение в интервале температур мартенситного превращения Мнк сопровождается повышенной деформируемостью вследствие эффекта сверхпластичности (Куйбышев О.А. Пластичность и сверхпластичность металлов / О.А.Куйбышев. - М.: Металлургия, 1975. - С.211-236). Однако если аномальная пластичность обусловлена мартенситным превращением, оно само по себе не является механизмом пластического течения. Максимальное удлинение наблюдается лишь в том случае, когда образованию мартенсита предшествует значительная пластическая деформация исходной фазы.

При исследовании процессов, происходящих при термомеханической обработке сталей, было обнаружено, что в углеродсодержащих легированных сталях в процессе теплой прокатки ниже температуры рекристаллизации могут выделяться карбиды. Выделение легированных карбидов приводит к обеднению твердого раствора легирующими элементами и соответственно к сдвигу точек Мн и Мд в область более высоких температур. Высокая прочность сталей, подвергнутых термомеханической обработке, обеспечивается двумя основными причинами: высокой плотностью дислокаций, закрепленных карбидными выделениями, и последующим мартенситным превращением в ходе нагружения. Таким образом, сверхпластичность является результатом совместного действия различных механизмов пластической деформации - скольжения, двойникования и мартенситного превращения (Zackay V.F., Parker E.R., Fahr D.D., Busch. - «Trans. ASM», 1967, v.60, № 1, р.252-258).

Повышение пластичности нагруженных стальных поршневых колец под действием фазовых превращений как диффузионных, так и сдвиговых исключает возникновение трещин при деформации (Пресняков А.А. Сверхпластичность металлов и сплавов / А.А.Пресняков. - Алма-Ата, Наука, 1969. - С.140-145). Во избежание образования трещин деформационное упрочнение и навивку на оправку полученного профиля выполняют последовательно, так как «свежий» мартенсит деформации отличается весьма низким сопротивлением малым пластическим деформациям. Эта особенность свойств свежезакаленной стали связана с тем, что системы дислокации, возникшие при мартенситном превращении и создающие сильные поля макро- и микронапряжений, слабо закреплены, а потому неустойчивы и могут перестраиваться самопроизвольно еще до распада мартенсита в результате релаксации внутренних напряжений под воздействием даже весьма небольших внешних усилий (McEvely A.J., Cu R.C., Johnston T.L. Trang. AJNE, 1966, v.236, №1, p.108).

Предварительный нагрев проволоки выше Ас3 на 250-300°С необходим для растворения легирующих элементов при получении однородной аустенитной структуры стали. Нагрев проволоки до температуры менее 250°С недостаточен для растворения легирующих элементов в стали, а нагрев проволоки при температуре выше Ас3 на 300°С нецелесообразен.

Термофиксация профиля кольца на оправке при температуре 350-400°С сопровождается равномерным распределением карбидной фазы Fe3C в объеме зерна, что благоприятно сказывается на распределение специальных карбидов Cr23C6 и Cr7C3 при температурах термостабилизации 560-580°С в течение 30 мин (Геллер Ю.А. Инструментальные стали / Ю.А.Геллер. - М.: Металлургия, 1975. - С.158, 294-298, 435-436), так как выделение дисперсных карбидов хрома упрочняет аустенитную матрицу и блокирует движение дислокации. Термофиксация профиля кольца на оправке при температуре менее 350°С недостаточна для интенсивного выделения мелкодисперсных карбидов цементитного типа (Fe,Cr)3С. Термофиксация профиля кольца на оправке при температуре более 400°С сопровождается коагуляцией, то есть укрупнением карбидной фазы.

При температуре термостабилизации ниже 560°С происходит коагуляция цементитного карбида (FeC)3С, тогда как в интервале температур термостабилизации 560-580°С образуются карбиды хрома по реакции (Fe1C2)3С→Cr23C6→Cr7C3. Повышение температуры термостабилизации более 580°С сопровождается коагуляцией карбидов хрома, понижающей пластичность стальных поршневых колец.

Время термостабилизации стальных поршневых колец в гильзе, составляющее 30 мин, является оптимальным для образования карбидов хрома Cr23C6, Cr7C3. Время термостабилизации стальных поршневых колец в гильзе, составляющее менее 30 мин, недостаточно для формирования карбидной фазы, а время термостабилизации стальных поршневых колец в гильзе, составляющее более 30 мин, приводит к коагуляции карбидов хрома.

Таким образом, в результате пластической деформации легированного аустенита в интервале мартенситного превращения достигается структура стали, состоящая из пластичной аустенитной фазы, в которой равномерно распределены карбиды хрома с высокой твердостью и мартенсит деформации, что определяет повышение пластичности получаемых стальных поршневых колец при сохранении высоких эксплуатационных свойств.

Способ изготовления стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец осуществляют следующим образом.

Предварительно проволоку из стали Х12ВМ нагревают при температуре выше Ас3 на 275°С. Затем выполняют деформационное упрочнение проволоки при температуре мартенситного превращения Мнк (от +20°С до -100°С) путем ее протягивания через профильные волочильные ролики с обжатием и навивку полученного профиля на оправку. При этом при изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец после деформационного упрочнения проволоки выполняют пробивку перфорированных пазов и калибровку.

При изготовлении стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец термофиксацию профиля кольца на оправке ведут при температуре 375°С в течение 1 ч. После термофиксации выполняют разрезку профиля на оправке на отдельные кольца, устанавливают кольца в гильзу и осуществляют термостабилизацию при температуре 570°С в течение 30 мин.

Таким образом, получение профиля компрессионного или маслосъемного поршневого кольца выполняют за один проход с навивкой на оправку и термофиксацией.

Пример конкретного выполнения способа

Предварительно бухту проволоки, изготовленной из стали Х12М, помещают на разматывающее устройство, производят ее нагрев в индукторе при температуре выше Ас3 на 275°С при движении проволоки. Проволоку охлаждают сжатым воздухом до комнатной температуры и производят деформационное упрочнение проволоки путем протягивания через профильные волочильные ролики в интервале температур мартенситного превращения Мнк, с обжатием и навивки на барабан.

При изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец после деформационного упрочнения выполняют пробивку перфорированных пазов и калибровку профиля.

Затем полученный профиль стального поршневого кольца наматывают на оправку, которую помещают в электропечь, и выполняют термофиксацию профиля кольца на оправке при температуре 375±25°С в течение одного часа, а затем осуществляют разрезку на оправке профиля стального поршневого кольца на отдельные кольца.

После термофиксации на оправке и разрезки стальные поршневые кольца помещают в гильзу, загружают гильзу в электропечь и в ней осуществляют термостабилизацию при температуре 570±10°С в течение 30 мин.

Проволоку можно изготавливать и из стали 20Х13 или 40Х13, или Х6ВФ, Х12ВМ, Х12Ф1, а нагревать ее можно также контактным электронагревом.

Предлагаемое изобретение позволяет изготовить стальные компрессионные и маслосъемные поршневые кольца из высоколегированных хромистых сталей после нагрева до аустенитного состояния для растворения в нем легирующих элементов и пластической деформации при протягивании проволоки через профильные волочильные ролики в интервале температур мартенситного превращения Мнк, когда проявляется эффект сверхпластичности стали, что позволяет получить сложный профиль стальных поршневых колец без нарушения сплошности при сохранении высоких эксплуатационных свойств вследствие выделения карбидов хрома Cr23C6, Cr7C3 в пластичной аустенитной матрице.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет повысить пластичность получаемых стальных поршневых колец при высоких эксплуатационных свойствах.

1. Способ изготовления стальных компрессионных и маслосъемных поршневых колец, включающий предварительный нагрев стальной проволоки до температуры, на 250-300°С, превышающей Ас3, деформационное упрочнение проволоки в интервале температур мартенситного превращения Мнк путем ее протягивания через профильные волочильные ролики с обжатием, навивку полученного профиля на оправку, термофиксацию навитого профиля на оправке при температуре 350-400°С в течение 1 ч, разрезку навитого профиля на оправке на отдельные кольца, которые устанавливают в гильзу и подвергают термостабилизации при температуре 560-580°С в течение 30 мин.

2. Способ по п.1, в котором при изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец после деформационного упрочнения проволоки пробивкой выполняют перфорированные пазы и осуществляют калибровку.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к полученной дуплекс-процессом нержавеющей стали, предназначенной для изготовления элементов конструкций установок для выработки энергии и производства материалов в химической и нефтехимической промышленности, бумажном производстве.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к полученной дуплекс-процессом нержавеющей стали, предназначенной для изготовления элементов конструкций установок для выработки энергии и производства материалов в химической и нефтехимической промышленности, бумажном производстве.

Изобретение относится к области изготовления листа с повышенной адгезией покрытия, используемого в трансформаторе с ленточным сердечником. .

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству холоднокатаной анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления крупногабаритных магнитопроводов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроительной и других областях промышленности, которые являются потребителями аустенитных сталей повышенной прочности и пластичности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству листа из TRIP-стали, применяемого в автомобильной промышленности. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стальных листов и листовых заготовок с покрытием для последующей сварки и получения деталей с высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью.

Изобретение относится к области черной металлургии и используется при производстве холоднокатаной анизотропной электротехнической стали. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец из проволоки. .
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных компрессионных поршневых колец из проволоки. .
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении стальных маслосъемных поршневых колец из проволоки. .

Изобретение относится к области термической обработки, а именно к термофиксации поршневых колец в пакете. .

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к способам формирования поршневых колец из листовой стали. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам и устройствам для базирования спиралей из стальной ленты или профиля при изготовлении поршневых или стопорных колец.

Изобретение относится к термической обработке. .

Изобретение относится к обработке металлов давлением в сочетании с термообработкой и упрочнением трущихся поверхностей гальваническим методом, например хромированием.

Изобретение относится к области изготовления поршневых колец двигателей. .

Изобретение относится к созданию композиционных материалов. .
Наверх