Способ обработки изделия из тонкого листа

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может найти применение при изготовлении закаленных тонколистовых деталей. Способ включает установку заготовки в полость штампа, электронагрев её в штампе и одновременное с нагревом растяжение изделия, последующее охлаждение в штампе, при этом растяжение осуществляют до напряжений, превышающих предел текучести материала изделия. Получаемое в результате такого способа обработки структурное состояние металла заготовки позволяет значительно повысить весь комплекс прочностных свойств металла, таких как пределы упругости, текучести и прочности, обеспечив одновременно больший запас прочности и пластичности. Наряду с названными свойствами в значительной степени повышается ударная вязкость при комнатной и низкой температурах, понижаются порог хладноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости. 1 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов, а именно к способам производства листовых деталей путем штамповки и термической обработки, и может быть использовано при изготовлении закаленных тонколистовых деталей.

Известен способ термомеханической обработки быстрорежущих сталей, включающий аустенизацию при температуре более 1150°С, подстуживание до 400-600°С, после чего производят скоростной нагрев до температуры горячей деформации 960-1150°С со степенью обжатия более 0,7, закалку и многократный отпуск (Авт. св. СССР №449941, МПК C21D 7/14, 9/21, 1974 г. - аналог).

Однако такой способ не дает возможности обработки изделий из тонкого листа.

Известен способ термической обработки легированной стали, преимущественно сложнолегированной, включающий нагрев до температуры выше А_сз, горячую пластическую деформацию, выдержку, охлаждение со скоростью выше критической, повторный нагрев до температуры двухфазной аустенитно-ферритной области, охлаждение со скоростью выше критической и отпуск, при этом после горячей пластической деформации и повторного нагрева проводят выдержку, продолжительность которой назначают исходя из обеспечения первичной рекресталлизации (Патент РФ №1696515, МПК C21D 8/00, 1991 г. - аналог).

Однако данный способ неприменим для углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.

Известен способ обработки изделий из тонкого листа, включающий установку изделия в полость штампа, электронагрев его в штампе, приложение к изделию усилий сжатия и последующее охлаждение в штампе, при этом одновременно с нагревом изделие растягивают до напряжений, не превышающих предела текучести материала изделия, при этом нагрев производят со скоростью 100…2000°С/с, а сжатие - со скоростью 3…8 м/с (Авт. св. СССР №1555010, МПК B21D /00, C21D 8/00, 1990 г. - прототип).

Растяжение заготовки по этому способу производится только с целью компенсации ее термического удлинения при нагреве. Некоторое повышение прочностных свойств в таком случае достигается только за счет эффекта измельчения зерна материала заготовки при скоростном нагреве. Этот эффект имеет существенные ограничения. Использование скоростей нагрева до 2000°С/с применительно, например, к сталям не позволяет получить величину зерна аустенита менее 10 мкм. Применение более высоких (до 10000°С/с и выше) скоростей требует, в свою очередь, высоких энергетических затрат и чрезвычайно высоких требований по быстродействию к системам управления и регулирования параметров технологического процесса. Использование по известному способу одновременной высокоскоростной (до 8 м/с) штамповки требует также высокоэнергетических штамповых установок и значительно снижает ресурс штампов.

Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение качества, а именно комплекса прочностных механических свойств, изделий из тонкого листа.

Это достигается тем, что в известном способе, включающем установку заготовки в полость штампа, электронагрев ее в штампе с одновременным растяжением заготовки, приложение к заготовке усилия сжатия, последующее охлаждение в штампе, при этом растяжение заготовки в процессе нагрева осуществляется с усилием, создающим в заготовке напряжения, превышающие предел текучести материала заготовки при температуре нагрева и с обеспечением величины относительного удлинения δ_р=20-30%.

Отличие этого способа от прототипа заключается в том, что непосредственно перед штамповкой контролируемое растяжение заготовки производится с усилием, обеспечивающим создание в материале заготовки напряжений, несколько превышающих предел текучести при температуре нагрева, с тем чтобы обеспечить нормированную величину относительного удлинения порядка δ_р=20-30%.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена схема реализации способа.

Листовая заготовка 1 закрепляется в неподвижном электрозажиме 2 и подвижном электрозажиме 3. К подвижному зажиму прикладывается усилие растяжения F_p, величина которого обеспечивает создание напряжений в заготовке, несколько превышающих предел текучести материала заготовки при температуре нагрева. Затем производится электронагрев заготовки от источника питания 4. В процессе электронагрева заготовка растягивается на величину зазора Δ за счет смещения подвижного зажима 3 до упора в ограничитель 5, что исключает разрыв заготовки. Величина зазора Δ обеспечивает нормированное относительное удлинение заготовки δ_р=20-30%. После нагрева производится смыкание штамповых металлических блоков 6 и формообразование с одновременным охлаждением изделия.

Предлагаемый способ, таким образом, позволяет помимо эффекта измельчения зерна за счет скоростных нагрева и штамповки использовать эффект высокотемпературной термомеханической обработки, заключающийся в дополнительном измельчении зерна и субзерна, и, как следствие, создании в материале заготовки более высокого уровня деформационного и фазового наклепа.

Получаемое в этом случае особое структурное состояние позволяет значительно повысить весь комплекс прочностных свойств, таких как пределы упругости, текучести и прочности, обеспечив одновременно больший запас прочности и пластичности. Наряду с названными свойствами в значительной степени повышается ударная вязкость при комнатной и низкой температурах, понижаются порог хладноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости.

Предлагаемый способ реализован в технологическом процессе изготовления гофрированных упругих элементов из стали 60С2А. Толщина заготовки варьируется в диапазоне 0,2-0,5 мм. Нагрев заготовки производится до температуры 950-110°С (в зависимости от скорости нагрева) со скоростью нагрева 100-10000°/с. Для заготовки длиной 140 мм и размерами поперечного сечения 0,3×40 мм усилие растяжения составляет 420Н (предел текучести 35 МПа) при температуре 1000°С, при этом величина зазора Δ=28 мм (δ_р=20%). Скорость приложения усилия при штамповке 0,5-10 м/с. Конечная толщина полученного изделия 0,28 мм.

Способ обработки тонкой листовой заготовки, включающий установку заготовки в полость штампа, электронагрев её в штампе с одновременным растяжением заготовки, приложение к заготовке усилия сжатия, последующее охлаждение в штампе, отличающийся тем, что растяжение в процессе нагрева осуществляется с усилием, создающим в заготовке напряжения, превышающие предел текучести материала заготовки, обеспечивающим величину относительного удлинения δ_р=20-30%.