Способ термической обработки конструкционных сталей на высокопрочное состояние


 

C21D1/78 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2570716:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке изделий конструкционных сталей. Для повышения ударной вязкости стали при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности стальное изделие закаливают на мартенсит, после чего при комнатной температуре подвергают в течение 10-15 минут воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, которое дополняют воздействием колеблющихся в пульсирующем воздушном потоке металлических пустотелых шариков, размещенных вдоль поверхности обрабатываемого изделия в виде параллельных рядов цепочек, в виде сетки из пересекающихся цепочек шариков или установленных в ячейки проволочной сетки. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к термической обработке, в частности к термической обработке конструкционных сталей. В качестве высокопрочных нашли промышленное применение легированные конструкционные улучшаемые стали, в том числе такие, как сталь 40Х.

Высокопрочное состояние достигается закалкой на мартенсит, а уменьшение хрупкости и частичное снятие остаточных закалочных напряжений - отпуском при температуре 200-250°C продолжительностью 1,5-2 ч. В процессе эксплуатации изделия, подвергнутые термической обработке на высокопрочное состояние испытывают не только статические, но и динамические нагрузки. Актуальной является задача повышения ударной вязкости высокопрочной конструкционной стали при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности.

Известен способ снятия остаточных напряжений на поверхности металлических изделий (патент RU 2458155 C1, 10.08.2012, Бюл. №22).

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.

Основным недостатком данного известного способа является отсутствие в результате его применения повышения прочности и твердости обрабатываемого изделия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ термической обработки конструкционных сталей на высокопрочное состояние (Иванов Д.А., Засухин О.Н. Повышение конструктивной прочности машиностроительных материалов в результате сочетания термической и газоимпульсной обработки // Двигателестроение. - 2012. №3, с.13-14), принятый в качестве ближайшего аналога.

Стальное изделие закаливается на мартенсит стандартно для стали данной марки, после чего при комнатной температуре размещается на выходе из резонатора установки и подвергается в течение 10-15 мин воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, оказывающего комплексное влияние на метастабильную структуру мартенсита и способствующее протеканию в ней процессов, аналогичных превращениям при низком отпуске, вызывая при этом более значительное, чем при низком отпуске снижение остаточных напряжений.

Механические свойства сталей 40Х и 38ХС после описанной обработки более высокие в сравнении со свойствами после стандартной обработки на высокопрочное состояние, заключающейся в закалке и последующем низком отпуске. При твердости в среднем на 2 единицы HRC выше и более высоких значениях показателей прочности значения показателей пластичности и ударной вязкости не уступают стандартным.

Данный способ позволяет сократить в 3-4 раза продолжительность технологического процесса термической обработки конструкционных сталей на высокопрочное состояние при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности и обеспечении достаточной надежности.

Основным недостатком данного известного способа является невысокое значение показателей ударной вязкости, а стало быть, и надежности стали.

Перед изобретением поставлена задача повышения ударной вязкости высокопрочной конструкционной стали при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности.

Решение поставленной задачи достигается тем, что стальное изделие закаливают на мартенсит стандартно для стали данной марки, после чего при комнатной температуре подвергают в течение 10-15 мин воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, которое дополняют воздействием колеблющихся в пульсирующем воздушном потоке металлических пустотелых шариков, размещенных вблизи поверхности обрабатываемого изделия в виде параллельных рядов цепочек, в виде сетки из пересекающихся цепочек шариков или установленных в ячейки проволочной сетки.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить ударную вязкость высокопрочной конструкционной стали при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности.

Изобретение реализуется следующим образом: стальное изделие закаливают на мартенсит стандартно для стали данной марки, после чего при комнатной температуре крепят в установке, генерирующей пульсирующий газовый поток и подвергают в течение 10-15 мин воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, которое дополняют воздействием на поверхность изделия колеблющихся в пульсирующем воздушном потоке металлических пустотелых шариков, размещенных вблизи поверхности обрабатываемого изделия в виде параллельных рядов цепочек, в виде сетки из пересекающихся цепочек шариков или установленных в ячейки проволочной сетки.

Пустотелые стальные шарики, размещенные вблизи поверхности обрабатываемого изделия, колеблясь в газовом потоке, упруго взаимодействуют с поверхностью изделия, передавая последнему свою кинетическую энергию и вызывая распространение в нем в дополнение к плоским сферических механических волн, оказывающих дополнительное влияние на структурные превращения, процесс релаксации остаточных напряжений и механические свойства.

Поскольку сферические волны в заявляемом способе генерируются большим количеством источников, происходит наложение волн, что усиливает воздействие на дислокационную структуру металлического материала.

Принципиальным отличием заявляемого способа от других способов обработки изделий металлическими шариками, в частности дробеструйной обработки, является отсутствие в случае обработки пульсирующим дозвуковым воздушным потоком с дополнительным воздействием стальных пустотелых шариков макропластической деформации поверхности изделия, что делает данный способ пригодным для применения в отношении тонкостенных изделий и изделий с высокой чистотой поверхности.

Обработка пульсирующим дозвуковым воздушным потоком с дополнительным воздействием стальных пустотелых шариков применялась к стандартно закаленным образцам из стали 40Х.

Вдоль плоской поверхности образца размещались пустотелые стальные шарики диаметром 2,4-3,2 мм. Затем образцы устанавливались на выходе из резонатора установки плоскостью с шариками навстречу воздушному потоку, и осуществлялось воздействие пульсирующим воздушным потоком частотой 1130-2100 Гц и звуковым давлением 120-140 дБ в течение 10-15 мин, сопровождавшееся колебаниями стальных шариков возле поверхности образцов и упругим взаимодействием с ней.

Результаты механических испытаний показали, что ударная вязкость обработанной таким образом стали не менее чем на 20% выше, чем в случае обработки пульсирующим дозвуковым воздушным потоком без использования шариков при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно: повысить ударную вязкость высокопрочной конструкционной стали при сохранении высоких значений показателей твердости и прочности.

1. Способ термической обработки изделий конструкционной стали, включающий закалку на мартенсит и последующее воздействие на них пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ, отличающийся тем, что воздействие пульсирующего дозвукового воздушного потока дополняют воздействием колеблющихся в нем металлических пустотелых шариков, размещенных вдоль поверхности обрабатываемого изделия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шарики размещают в виде параллельных рядов цепочек.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что шарики размещают в виде сетки из пересекающихся цепочек.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что шарики устанавливают в ячейки проволочной сетки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для упрочнения винтовых цилиндрических пружин. Способ включает навивку пружины, термообработку, дробеметную обработку, заневоливание пружины или ее 3-5-кратное сжатие до соприкосновения витков и наклеп.

Изобретение относится к упрочнению поверхности металлических изделий. Осуществляют установку обрабатываемого изделия электрически изолированно на изоляторы с заземляющим проводом.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к металлообработке, и может быть использовано при изготовлении металлических изделий с повышенной износостойкостью поверхности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к трубе из аустенитной нержавеющей стали. Труба изготовлена из стали, содержащей, в мас.%: от 14 до 28% Сr и от 6 до 30% Ni.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к аустенитной нержавеющей стали, используемой для изготовления труб. Сталь содержит в мас.%: Cr: от 15,0 до 23,0% и Ni: от 6,0 до 20,0%, а ее поверхность покрыта обработанным слоем с высокой плотностью энергии, в котором микроструктура и граница кристаллического зерна не различимы.

Изобретение относится к области технологии сварки и служит для снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе автоматической сварки. .

Изобретение относится к области технологии сварки. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве пружин из стали. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам поверхностного пластического деформирования (ППД) твердыми частицами, и предназначено для упрочнения поверхностей деталей, например шеек и галтелей коленчатых валов двигателей, компрессоров, изготовленных из железоуглеродистых сплавов.

Изобретение относится к области ультразвуковой релаксационно-упрочняющей, сопровождающейся пластическим деформированием и озвучиванием обрабатываемой поверхности ультразвуком, и пассивирующей обработки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, например строительстве мостов, судостроении, нефтяной и газовой промышленности, для ультразвуковой релаксационно-упрочняющей обработки металлоконструкций, например околошовных зон и швов сварных соединений и других поверхностей.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ стволов автоматического стрелкового оружия с гальваническим хромовым покрытием включает засыпку во внутренние полости стволов сухого кварцевого песка и установку их в шахтную печь сопротивления, снабженную термоизоляционной перегородкой с двумя тепловыми зонами при температуре в нижней тепловой зоне 150-200°C, выполненной в виде диска с отверстиями для установки стволов при помощи втулок высотой 10-123 мм.

Изобретение относится к способам термообработки пенька стволов автоматического стрелкового оружия, изготовленного методом холодного радиального обжатия, например 6П6М, 6П7К, 6П41 и др.

Изобретение относится к области термической обработки, в частности к закалке деталей машин и механизмов подшипников качения. Для эффективности охлаждения и повышения производительности процесса деталь в виде тела вращения охлаждают путем подачи охлаждающей жидкости струями на наружную поверхность с обеспечением вращательного и поступательного её движения посредством спрейера.

Изобретение относится к сварной стальной детали и способу ее изготовления. Заготовка детали получена сваркой встык, по меньшей мере, одного первого и одного второго листа.

Изобретение относится к текстурированной электротехнической листовой стали. Для обеспечения низких потерь в железе без ухудшения коррозионной стойкости листовая сталь толщиной t (мм) с пленкой на поверхности не имеет ржавчины на поверхности после испытания во влажной камере в течение 48 часов при температуре 50°С в атмосфере 98% влажности, при этом потери в железе W17/50 после облучения электронным пучком снижаются, по меньшей мере, на (-500t2+200t - 6,5)% потерь в железе W17/50 до облучения электронным пучком и составляют (5t2-2t+1,065) Вт/кг или менее.

Предложен отжиговый сепаратор для текстурированной электротехнической листовой стали, который не ограничивает текучесть атмосферного газа во время окончательного отжига в форме конечного рулона и может предотвратить возникновение шероховатости поверхности.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к области обработки листовой анизотропной электротехнической стали Fe-3% Si. Для улучшения физико-механических свойств стали, уменьшения магнитных потерь осуществляют горячую прокатку, по крайней мере одну холодную прокатку, обезуглероживающий и рекристаллизационный отжиг, выпрямляющий отжиг, нанесение электроизоляционного магнитоактивного покрытия на основе нитридно-оксидных составов с коэффициентом термического расширения, меньшим, чем у стали путем ионно-плазменного осаждения с выдержкой 10-5 мин при температуре 20-50°С, дополнительный отжиг в окислительной среде путем нагрева до температуры 300-600°С со скоростью 30-50°С/мин в переменном магнитном поле напряженностью 1-5 кА/м, частотой 30-100 кГц, направленном вдоль оси прокатки ленты, изотермической обработки в течение 20-5 минут и охлаждения до комнатной температуры в переменном магнитном поле со скоростью 50-200°С/мин и лазерную обработку движущейся ленты поперек оси ленты с длиной пятна 0,2 мм в направлении прокатки, воздействуя на всю ширину ленты с интервалом между зонами 2-10 мм.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно точного, и может быть использовано при подготовке металлических пластин к монтажу электронных компонентов.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения выносливости мартенситной нержавеющей стали проводят электрошлаковый переплав, затем охлаждают полученный слиток и осуществляют по меньшей мере один аустенитный термический цикл, состоящий в нагреве слитка выше температуры аустенизации с последующей стадией охлаждения.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки инструмента. Способ упрочнения разделительного штампа включает лазерную закалку боковых рабочих поверхностей путем оплавления припусков за один проход при перемещении луча лазера по стыку припусков и последующий лазерный отпуск.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам защиты стальных заготовок от окисления при нагреве перед обработкой давлением. Способ включает нанесение на поверхности стальных заготовок двухслойного покрытия. Нижний слой покрытия состоит из алюминиевой пудры, а верхний слой - из технического шамота. Технический результат заключается в снижении угара металла и повышении температуры заготовок на выходе из печи. 1 табл., 1 пр.
Наверх