Способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий из мартенситностареющих сталей



 


Владельцы патента RU 2467078:

Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для правки в процессе старения тонкостенных изделий, имеющих цилиндрическую форму. Для обеспечения требуемых диаметральных размеров тонкостенных цилиндрических изделий из мартенситностареющей стали на нее устанавливают с натягом разъемную оправку из легированной стали в упрочненном состоянии, имеющую температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделия во всем диапазоне нагрева до температуры старения. Оправку изготавливают из двух половинок, которые соединяют общей осью с беззазорной посадкой, а противоположные концы стягивают с помощью болтов и гаек при установке оправки на изделии. Внутренний диаметр разъемной оправки с сомкнутыми концами выбирают равным наружному диаметру изделия. При совместном нагреве, выдержке и охлаждении в любой момент времени между оправкой и изделием сохраняется натяг. При старении происходит упрочнение изделия и требуемая форма изделия, заданная оправкой, сохраняется. После охлаждения системы изделие - оправка на воздухе изделие освобождают от оправки с помощью разъемного соединения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для правки в процессе старения тонкостенных изделий, имеющих цилиндрическую форму, в том числе с переменным диаметром.

Известен способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий (см. книгу И.В.Фиргера «Термическая обработка сплавов», Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1982 г., стр.210-211). Способ позволяет совместить процессы термической обработки с фиксированием требуемой формы. Сущность способа заключается в следующем. Нагретое изделие надевают на оправку и продолжают нагревать их совместно до требуемой температуры, при коэффициенте линейного расширения материала оправки больше коэффициента линейного расширения материала изделия, зазор между оправкой и изделием исчезнет. При охлаждении (со скоростью, соответствующей данному виду термической обработки) одновременно с термической обработкой происходит процесс правки изделия, так как находящееся снаружи изделие охлаждается быстрее, кроме того, масса изделия значительно меньше массы оправки. Если производится высокий отпуск, то после того, как температура охлаждения достигнет 200-300°C, изделие с оправкой помещают в воду, а затем их разъединяют.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:

- способ нетехнологичный, так как изделие надевают на оправку в нагретом состоянии, а также имеют место трудности при съеме изделий с оправок;

- ограниченная область применения, так как реализовать термоправку цилиндрических изделий с переменным диаметром не всегда возможно;

- наличие технологического отхода изделий по диаметральным размерам;

- существенные материальные, трудовые и энергетические затраты из-за технологического отхода, доработки и замены оправок по причине их низкой стойкости.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения технологичности термоправки, снижения материальных, трудовых и энергетических затрат, расширения области применения.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в надежном обеспечении диаметральных размеров тонкостенных цилиндрических изделий, в том числе с переменным диаметром, термоправкой, совмещенной со старением - процессом упрочнения изделий из мартенситностареющих сталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе термоправки тонкостенных цилиндрических изделий, включающем применение оправки, совместный нагрев изделия с оправкой, выдержку при требуемой температуре и охлаждение, снятие изделия с оправки, новым является то, что изделие изготовляют из мартенситностареющей стали, оправку используют разъемную в упрочненном состоянии, изготовляют ее из легированной стали, имеющей температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделия, устанавливают оправку с натягом на наружную поверхность ненагретого изделия, охлаждают изделие с оправкой на воздухе, освобождают изделие от оправки по завершении охлаждения.

Термоправке подвергают цилиндрические изделия переменного диаметра.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, неизвестны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.

Предлагаемый способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий из мартенситностареющих сталей в процессе старения реализуется следующим образом.

Фиксируют на наружной цилиндрической поверхности изделия из мартенситностареющей стали разъемную упрочненную оправку. Разъемную оправку изготовляют из двух половинок. Соединяют половинки общей осью с беззазорной посадкой, а противоположные концы стягивают с помощью болтов и гаек при фиксировании оправки на изделии. Изготовляют оправку и ее составные части из легированной стали, в том числе мартенситностареющей, имеющей температурный коэффициент линейного расширения незначительно меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделия во всем диапазоне нагрева до температуры старения. Внутренний диаметр разъемной оправки с сомкнутыми концами выбирают равным наружному диаметру изделия. Установку оправки производят на воздухе с натягом без нагрева изделия с помощью болтов и гаек. Исходя из изложенного, при совместном нагреве, выдержке и охлаждении в любой момент времени между оправкой и изделием сохраняется натяг. Упрочненная оправка с сечением больше, чем сечение изделия, надежно сдерживает деформацию (возникновение эллипсности) изделия вследствие релаксации напряжений при нагреве. Поскольку при старении происходит упрочнение изделия, то требуемая форма изделия, заданная оправкой, сохраняется. После охлаждения системы изделие - оправка на воздухе изделие освобождают от оправки с помощью разъемного соединения.

Пример термоправки изделия цилиндрической формы диаметром мм из мартенситностареющей стали ЧС-4ИД с допуском округлости поверхности в свободном состоянии не более 0,3 мм.

Изделие изготовляют методом ротационного выдавливания с толщиной стенки 0,5 мм. Упрочняют старением при 490±10°C в течение трех часов. После закалки до старения изделия предел прочности σв≤110 кгс/мм2, предел текучести ≤95 кгс/мм2, при твердости 29-33 HRC.

Значения температурного коэффициента линейного расширения стали ЧС-4ИД при нагреве до температуры старения представлены в виде таблицы 1.

Термообработка Температура испытания 20° 100° 200° 300° 400° 500°
Закалка α 10-6 1/град 10,4 10,8 11,2 11,5 11,5 11,3

Разъемную оправку изготовляют из мартенситностареющей стали ЧС-35ИД и используют ее для термоправки изделия в упрочненном, состаренном состоянии с пределом прочности σв≥230 кгс/мм2 при твердости ≥55 HRC. При сомкнутых концах внутренний диаметр оправки мм. Толщина стенки оправки 5 мм. Значения температурного коэффициента линейного расширения стали ЧС-35ИД в упрочненном, состаренном состоянии при нагреве до температуры 490±10 представлены в виде таблицы 2.

Термообработка Температура испытания 20° 100° 200° 300° 400° 500°
Старение α 10-6 1/град 9,9 10,1 10,3 10,5 10,8 11,1

Термоправку тонкостенных цилиндрических изделий из стали ЧС-4ИД производят следующим образом. Проверяют изделия на соответствие техническим требованиям по округлости и разбивают их на две группы. На изделия с округлостью больше 0,3 мм надевают оправки и стягивают их концы до восстановления допуска на округлость. На изделия с округлостью меньше 0,3 мм надевают оправки и фиксируют их с небольшим натягом. Производят нагрев изделий с оправками на 490±10°C, выдерживают три часа при этой температуре и охлаждают на воздухе. После охлаждения изделия освобождают от оправок с помощью разъемного соединения.

B процессе нагрева изделий первой группы до температуры старения произойдет процесс снятия напряжений, созданных стяжкой концов оправок, а на конечном этапе нагрева и выдержке при температуре 490±10°C в течение 3-х часов произойдет процесс упрочнения изделий до предела прочности σв≥195 кгс/мм2 и фиксирование требуемой формы.

В процессе нагрева изделий второй группы до температуры старения происходит релаксация напряжений, созданных ротационным выдавливанием, и при отсутствии оправок неизбежно произошло бы изменение формы изделия. Но упрочненная оправка, зафиксированная на изделии с натягом, надежно сдерживает деформацию, а напряжения, созданные ротационным выдавливанием, снимаются в процессе нагрева до температуры старения. Поскольку на конечном этапе нагрева до температуры 490±10°C и выдержке при этой температуре в течение 3-х часов происходит упрочнение изделия до предела прочности σв≥195 кгс/мм2, то его форма, заданная оправкой, фиксируется.

Если изделие имеет сложную форму и состоит из нескольких цилиндрических частей разного диаметра, то термоправка производится в процессе старения с использованием разъемных оправок соответствующих размеров.

Таким образом, способ термоправки тонкостенных цилиндрических изделий, включающий использование разъемных, жестких, упрочненных, высокой стойкости оправок, имеющих температурный коэффициент линейного расширения во всем диапазоне нагрева до температуры старения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения изделий, надежно обеспечивает требуемые размеры изделий в процессе старения.

1. Способ термоправки тонкостенного цилиндрического изделия из мартенситностареющей стали, включающий установку изделия в оправке, совместный нагрев изделия с оправкой, выдержку при требуемой температуре, охлаждение и освобождение изделия от оправки после охлаждения, отличающийся тем, что используют разъемную оправку из легированной стали в упрочненном состоянии, имеющей температурный коэффициент линейного расширения меньше, чем температурный коэффициент линейного расширения стали изделия, при этом оправку устанавливают с натягом на наружную поверхность ненагретого изделия, а охлаждение изделия с оправкой ведут на воздухе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоправке подвергают цилиндрическое изделие, состоящее из частей разного диаметра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для закалки детали, описываемой замкнутой кривой. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стальных деталей, используемых в качестве конструкционных компонентов машин. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке тонкостенных деталей, используемых в различных отраслях машиностроения и направлено на снижение деформации по плоскости ниже 0,2 мм.

Изобретение относится к электротермии. .

Изобретение относится к области термической обработки изделий из нержавеющих сталей мартенситного класса. .

Изобретение относится к области термической обработки. .

Изобретение относится к способу изготовления подшипникового кольца (1) для крупногабаритных подшипников качения, имеющего, по меньшей мере, одну дорожку (3) качения с закаленным краевым слоем.

Изобретение относится к термической обработке поршневых колец в пакете

Изобретение относится к области термообработки и может быть использовано для поверхностной закалки цилиндрических полых тел по периметру сечения, в частности колец подшипников

Изобретение относится к термофиксации поршневых и уплотнительных колец в пакете во время термической обработки

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к термической обработке колец подшипников качения, которые эксплуатируются на железнодорожном транспорте, и может быть использовано в подшипниковой промышленности при производстве деталей подшипников, в частности внешних колец. Для обеспечения высокой долговечности и надежности колец подшипника осуществляют предварительную объемную закалку колец из стали, содержащей, мас.%: С 0,95-1,05, Si 0,15-0,3, Mn 0,15-0,3, Cr 0,35-0,5, Ni, Cu не больше 0,3, P, S не больше 0,3 и Fe с нагревом до 830-870°C и выдержкой не менее 1 часа и последующим охлаждением, а затем индукционную закалку путем нагрева поверхностного слоя кольца током высокой частоты при общей продолжительности нагрева 15-50 c до 820-1050°C с последующим охлаждением на протяжении 4-10 с до температуры ниже температуры начала мартенситного преобразования с последующим охлаждением на протяжении 30-60 с до температуры окружающей среды. Подшипник качения содержит внешнее и внутреннее кольца с дорожками качения и размещенные между ними тела качения, при этом дорожка качения по меньшей мере одного из колец имеет поверхностный слой со структурой материала мартенсит, а материал сердцевины кольца имеет структуру троостит. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления разрезных колец кольцевых клапанов гидравлических систем. Для упрощения технологии, снижения трудоемкости изготовления колец и увеличения долговечности их работы заготовке придают цилиндрическую форму для посадки в гнездо клапана с заданной плотностью, при этом используют заготовку из прокатанной тонкостенной пластины пружинной стали, которой придают цилиндрическую форму посредством прижатия хомутом к цилиндрическому углублению оправки и закалкой в масле, а затем осуществляют среднетемпературный отпуск при ее фиксации. 3 ил.

Группа изобретений относится к нагревательному устройству, устройству для термообработки и способу нагрева для индукционного нагрева кольцеобразной заготовки. Нагревательное устройство содержит опору, предназначенную для установки кольцеобразной заготовки, привод вращения в сборе и нагреватель, предназначенный для нагрева заготовки. Опора для заготовки содержит несколько установленных с возможностью вращения роликов, расположенных в окружном направлении. Привод вращения в сборе выполнен с возможностью передачи вращения указанным роликам для обеспечения вращения заготовки, размещенной на опоре, в направлении кольцевой формы заготовки. Нагреватель содержит нагревательную катушку, предназначенную для индукционного нагрева заготовки на месте ее расположения на опоре для заготовки, опорный короб, поддерживающий нагревательную катушку. Нагревательное устройство снабжено исполнительным механизмом, предназначенным для перемещения нагревательной катушки относительно заготовки с возможностью регулирования расстояния между заготовкой и нагревательной катушкой и включающим в себя участок вертикального перемещения, предназначенной для вертикального перемещения опорного короба, и участок горизонтального перемещения опорного короба в радиальном направлении от центра вращения заготовки. Устройство для термообработки содержит вышеупомянутое нагревательное устройство и блок охлаждения, предназначенный для охлаждения заготовки, нагретой нагревателем, характеризующееся тем, что приводное устройство расположено выше заготовки. Технический результат заключается в облегчении процесса термообработки кольцеобразных заготовок. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для закалки изделий - прутков диаметром от 2 мм до 6 мм и длиной до 700 мм из нержавеющих сталей мартенситного класса, в том числе инструментальных с высокой устойчивостью аустенита. Для обеспечения требуемой прямолинейности изделий их устанавливают с зазором в трубки из нержавеющей стали аустенитного класса, жестко закрепленные неразъемным соединением в основании приспособления и имеющие свободу удлинения и расширения при нагреве, размещают приспособление с изделиями в емкости для охлаждения, продувают емкость инертным газом при избыточном давлении для создания безокислительной среды, подсоединяют емкость к муфелю, продолжая продувку инертным газом, устанавливают приспособление с изделиями в предварительно нагретое пространство муфеля печи, причем перемещение приспособления с изделиями, нагрев их до температуры закалки и выдержку производят в среде инертного газа при давлении выше атмосферного, после нагрева приспособление с изделиями перемещают в емкость для охлаждения, отключают емкость от муфеля печи и охлаждают при давлении выше атмосферного до температуры не выше 100°C, а затем выгружают приспособления с изделиями. 1 пр.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к химико-термической обработке, в частности к цементации, азотированию, нитроцементации поверхностей зубчатых колес и колец из конструкционных, инструментальных и специальных марок сталей. Способ химико-термической обработки колец в шахтной печи включает установку реторты в нагревательной камере, размещение стопки колец в реторте с последующей химико-термической обработкой в ней в потоке насыщающего газа. Перед химико-термической обработкой осуществляют заневоливание стопки колец верхней и нижней плитой из серого чугуна. Реторту выполняют с плоским дном и устанавливают на выполненном ровным дне нагревательной камеры. При этом для предотвращения деформации колец нижнюю плиту из серого чугуна устанавливают на дно реторты, на которой размещают стопку колец и осуществляют их заневоливание верхней плитой из серого чугуна путём размещения ее на стопке колец при химико-термической обработке. Шахтная печь для химико-термической обработки колец содержит нагревательную камеру, выполненную с возможностью установки в ней реторты, и крышку с установленным в ней устройством для создания вихревых потоков насыщающего газа и равномерного распределения их по высоте реторты. Реторта выполнена с плоским дном для установки её на ровном дне нагревательной камеры и загрузки в неё стопки колец для химико-термической обработки. Для предотвращения деформации обрабатываемых колец на дно реторты установлена нижняя плита из серого чугуна с возможностью размещения на ней стопки колец, а верхняя плита из серого чугуна выполнена с возможностью установки на стопку колец для заневоливания их при химико-термической обработке. Технический результат заключается в повышении качества поверхности обрабатываемых колец. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для термообработки кольцеобразной заготовки. Приспособление для поддержки кольцеобразной заготовки для транспортирования и нагрева ее нагревательным устройством содержит центральный узел, вращающийся приводной механизм, расположенный в центральном узле, и опору для заготовки. Опора связана с центральным узлом и выполнена с возможностью расположения заготовки на опоре и окружения центрального узла. Опора содержит несколько вращающихся роликов, расположенных в окружном направлении вокруг центрального узла. Центральный узел включает транспортирующий соединительный участок, предназначенный для подвешивания опоры для заготовки вместе с заготовкой, размещенной на опоре, ведущий соединительный участок, передающий тяговое усилие на вращающийся приводной механизм, и вращающийся приводной механизм, предназначенный для вращения роликов посредством тягового усилия для обеспечения вращения заготовки в направлении кольцевой формы заготовки. Нагревательное устройство для нагрева кольцеобразной заготовки содержит секцию загрузки, в которой заготовка устанавливается на приспособление, секцию нагрева, содержащую нагреватель, предназначенный для нагрева заготовки, установленной на приспособление, транспортирующий механизм, предназначенный для транспортирования приспособления в подвешенном состоянии между секцией загрузки и секцией нагрева. Транспортирующий соединительный участок соединен с транспортирующим механизмом. Технический результат заключается в упрощении процесса термообработки кольцеобразных заготовок. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к области машиностроения. Для обеспечения точных геометрических размеров пружин и полной ликвидации брака по трещинам пластины изготавливают из стали 65С2ВА, собирают садку из пластин и осуществляют изотермическую закалку с выдержкой при температуре изотермы в селитре, отпуск и контроль по размерам твердости и трещинам, при этом садку из пластин собирают в пакеты, размещают собранные пакеты на несущее приспособление в виде стержня, к которому приварены перпендикулярно и симметрично ему прутки, осуществляют подогрев несущего приспособления с садкой в термошкафу при температуре 200-400°C, затем осуществляют нагрев садки под закалку с выдержкой пластин при температуре изотермы 300-340°C в течение 30 мин, а отпуск проводят при температуре 300-340°C, причем в каждой пластине выполняют два отверстия, а сборку пластин в пакеты проводят с обеспечением постоянных зазоров посредством втулок - прокладок через указанные отверстия на проволоку, диаметр которой соответствует диаметру отверстий в пластинах. Для уменьшения скорости охлаждения при осуществлении изотермической выдержки каждую пластину размещают между тонкостенными экранами. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх