Способ снятия растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий
Владельцы патента RU 2458155:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") (RU)
Изобретение относится к области металлообработки, в частности к повышению надежности и долговечности металлических изделий. Для расширения номенклатуры обрабатываемых металлических изделий, повышения их надежности и долговечности снятие растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий осуществляют за счет воздействия на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре. Снятие растягивающих остаточных напряжений на поверхности проводят без применения термической обработки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Заявляемое изобретение относится к области металлообработки, в частности к повышению надежности и долговечности металлических изделий.
Растягивающие остаточные напряжения, часто образующиеся на поверхности металлических изделий, получаемых холодным пластическим деформированием или сваркой, снижают их надежность и долговечность. Данные напряжения полностью не устраняются даже в случае применения отжига, кроме того, нагрев при отжиге приводит к снижению показателей прочности, а также укрупнению зерен, поэтому перед современными способами актуальной является задача снять растягивающие напряжения на поверхности изделий без вышеприведенных негативных последствий.
Известен способ стабилизации остаточных напряжений в поверхностном слое детали (см. патент RU 2133282 C21D 1/30, 20.07.1999 г.). Техническим результатом данного изобретения является повышение работоспособности цилиндровой втулки высокофорсированного дизеля путем снижения остаточных напряжений с 200-250 МПа до 0-15 МПа. Для получения такого технического результата используется вибрационное старение ультразвуковой обработкой, при котором ультразвуковой обработке подвергают цилиндровую втулку высокофорсированного дизеля на устойчивой резонансной частоте в 19-21 кГц с амплитудой колебаний в 50-80 мкм путем увеличения мощности потребителя до 3-3,5 кВт и времени обработки до 10-12 мин.
Основным недостатком данного известного способа является использование ультразвука, неоднозначно влияющего на надежность изделия, и высокая потребляемая мощность.
Образцы из стали 40Х охлаждались с температуры 860°С, соответствующей однофазной структуре аустенита на спокойном воздухе до температуры 670°С, соответствующей феррито-цементитной структуре, после чего подвергались воздействию пульсирующего воздушного потока скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ. Техническим результатом данного изобретения является обеспечение в сочетании повышения показателей пластичности, ударной вязкости, а также прочности конструкционных качественных углеродистых и экономнолегированных сталей.
Основным недостатком данного известного способа является потребность в термической обработке для снятия остаточных напряжений, что ограничивает номенклатуру обрабатываемых изделий.
Перед заявляемым изобретением поставлена задача расширить номенклатуру обрабатываемых металлических изделий, а также повысить надёжность и долговечность за счёт снятия растягивающих остаточных напряжений на их поверхности без применения термической обработки.
Поставленная задача решается следующим образом.
Снятие растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий осуществляют за счёт воздействия на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: расширить номенклатуру обрабатываемых металлических изделий, а также повысить надежность и долговечность за счет снятия растягивающих остаточных напряжений на их поверхности без применения термической обработки.
В табл.1 приведены данные, характеризующие уровень тангенциальных остаточных напряжений на поверхности кольцевых изделий до и после обработки пульсирующим дозвуковым воздушным потоком. Растягивающие напряжения обозначены знаком +, а сжимающие - знаком -.
Заявляемое изобретение реализуется следующим образом.
Снятие растягивающих остаточных напряжений осуществляют при помощи установки, создающей пульсирующий воздушный поток.
Обрабатываемое изделие, представляющее собой бесшовное или сварное кольцо из стали либо титанового сплава, толщиной 0,5-2,5 мм, шириной до 70 мм и диаметром 12,1-41,5 мм при комнатной температуре размещают на выходе из резонатора установки и подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, оказывающего комплексное влияние на напряженное состояние изделия.
Выбор амплитудно-частотных характеристик воздушного потока и продолжительности обработки определяют в зависимости от геометрических параметров, а также материала обрабатываемого изделия.
Определение значений остаточных напряжений осуществлялось в соответствии с методом Давиденкова.
На поверхности кольцевых изделий до обработки пульсирующим воздушным потоком присутствуют растягивающие тангенциальные остаточные напряжения величиной до 370 МПа, а после десяти-пятнадцатиминутного обдува напряжения на поверхности полностью снимаются или становятся сжимающими, в последнем случае их величина составляет до -125 МПа.
Данный способ позволяет применять обработку пульсирующим воздушным потоком к изделиям из низкоуглеродистых сталей, аустенитных сталей и однофазных титановых сплавов, не подвергающихся термической обработке для снятия остаточных напряжений.
Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: расширить номенклатуру обрабатываемых металлических изделий, а также повысить надежность и долговечность за счет снятия растягивающих остаточных напряжений на их поверхности без применения термической обработки.
| Табл.1 | |||||
| Способ снятия растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий | |||||
| Материал | Диаметр изделия, мм | Толщина стенки, мм | Длительность обработки, мин | Напряжения до обработки, МПа | Напряжения после обработки, МПа |
| Сталь 15 | 41,5 | 2,5 | 15 | +156 | -39 |
| Сталь 18ЮА | 15,8 | 0,9 | 15 | +370 | 0 |
| Сталь 12Х18Н10Т | 12,1 | 1,3 | 10 | +254 | -125 |
| Титановый сплав ВТ5 | 26 | 0,5 | 10 | +76 | -38 |
1. Способ снятия растягивающих остаточных напряжений на поверхности металлических изделий, отличающийся тем, что на поверхность изделия воздействуют пульсирующим дозвуковым воздушным потоком с частотой 1130-2100 Гц и звуковым давлением 120-140 дБ.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изделие подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока при комнатной температуре.
