Способ изготовления долговечного инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области сварки трением. Для получения инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов с высокой технологичностью, высокой надежностью и долговечностью в процессе эксплуатации при температуре вплоть до 500°С исходную заготовку из инструментальной штамповой стали, имеющей твердость не более 25 HRC, вытачивают на токарном станке до требуемого размера инструмента с припуском от 0,2 до 0,5 мм, подвергают последующей термической обработке, состоящей из закалки и отпуска при температуре не ниже 500 °С с обеспечением твердости не ниже 54 HRC после отпуска и доводят размер инструмента до требуемого путем точения со снятием припуска.

 

Настоящее изобретение относится к области сварки трением с перемешиванием, в частности к области сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов.

Из уровня техники известен инструмент для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, содержащий коллектор, включающий в себя устройство для подвода хладагента через входные отверстия в корпусе инструмента и связанного с системой охлаждающих каналов, выполненных внутри корпуса. Система охлаждающих каналов соединена с полостью, выполненной в нижней части корпуса, и с выходными отверстиями, выполненными в верхней части корпуса. По заявлениям авторов данная конструкция обеспечивает эффективное охлаждение инструмента и, как следствие, его высокую стойкость в процессе интенсивного нагрева (RU № 2446926 C1, публ. 10.04.2012).

Недостатками этого инструмента являются низкая технологичность при производстве инструмента из-за сложности изготовления внутренних каналов охлаждения, а также низкая надёжность конструкции, обусловленная тем, что непосредственно рабочая часть инструмента не имеет прямого охлаждения, вследствие чего возможен локальный перегрев и деградация структуры материала пина и плечиков рабочей части инструмента при больших оборотах сварки, что может привести к его преждевременному разрушению.

Задачей предлагаемого изобретения является изготовление инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, обладающего высокой технологичностью в процессе производства, а также высокой надёжностью и долговечностью в процессе эксплуатации.

Задача достигается тем, что в качестве материала для изготовления инструмента выбирается инструментальная штамповая сталь, демонстрирующая при отпуске пик вторичной твёрдости на температуре не ниже 500°С, с сохранением твердости на уровне не менее 54 HRC. Обработку исходной заготовки из выбранной стали с твёрдостью не более 25 HRC проводят на токарном станке с использованием твердосплавных резцов до требуемых размеров с припуском от 0,2 до 0,5 мм, с последующей термической обработкой, заключающейся в закалке с последующим отпуском на получение пика вторичной твердости и последующим доведением размеров инструмента до требуемых за счёт снятия припуска операцией точения с использованием резцов с эльборовыми вставками или любого другого инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных материалов.

При осуществлении заявленного способа возможно получение инструмента, способного работать при повышенных температурах долгое время с сохранением комплекса высоких механических характеристик, без использования какой-либо дополнительной оснастки или конструктивных решений для охлаждения инструмента, а также достаточно технологичного при производстве за счёт рационального выбора процессов обработки и отсутствия необходимости изготовления внутренних полостей или каналов непосредственно в самом инструменте.

Осуществление изобретения

В качестве материала инструмента может использоваться любая инструментальная штамповая сталь, имеющая пик вторичной твёрдости (ГОСТ 5950-2000, приложение В) при температуре не ниже 500°С при твердости не ниже 54 HRC после отпуска. В нашем случае описан пример изготовления инструмента из штамповой стали Х12МФ.

Из цельной заготовки стали Х12МФ, с твёрдостью не выше 25 HRC, с помощью твердосплавных резцов на токарном станке вытачивается инструмент требуемых геометрических размеров с припуском от 0,2 до 0,5 мм. Припуск необходим, так как при термообработке неизбежна деградация химического состава поверхностного слоя материала, а также для обеспечения точности конечных размеров инструмента. Также на этом этапе обработки высверливаются технологические отверстия, если в этом есть необходимость. Твердость исходной заготовки 25 HRC позволит сохранить свойства обрабатывающего инструмента и продлить его ресурс.

После чего проводится термическая обработка позволяющая сформировать в инструменте необходимые значения эксплуатационных характеристик. Закалка с температуры 1020°С осуществляется на воздухе или в масло. Выдержка при нагреве под закалку составляет одна минута на миллиметр заготовки плюс двадцать минут. Допускается выдержка в печи (для Х12МФ) при температуре закалки без использования защитных атмосфер. Закалка позволяет перевести в твёрдый раствор легирующие элементы, в частности хром, ванадий и молибден. Отпуск производится при температуре 500°С в течение 90 минут. Такой отпуск позволяет сформировать в сталях этого класса карбиды хрома, молибдена и ванадия, устойчивые при указанной температуре отпуска, и обеспечивающие дисперсионное упрочнение материала. Указанная термическая обработка обеспечивает теплостойкость стали Х12МФ при температуре 510°С в течение часа на уровне 59 HRC. Это позволит использовать указанный инструмент для сварки алюминиевых сплавов при больших частотах вращения инструмента. Стоит отметить, что разогрев алюминиевых сплавов, используемых в промышленности до температуры 500°С и выше, нежелателен из-за сильной деградации структуры (укрупнения размеров зерна, а также коагуляции и растворения частиц упрочняющей фазы) областей основного материала, прилегающих непосредственно к сварному соединению (зон термического воздействия). Наиболее распространенная температура материала в процессе сварки трением с перемешиванием 350-450°С.

После термической обработки производится финишная обработка на токарном станке по доведению размеров инструмента до необходимых значений за счёт снятия припуска с помощью резца, содержащего эльборовые вставки, или любого другого инструмента, предназначенного для обработки высокопрочных материалов.

Такая последовательность операций изготовления позволит получить инструмент для сварки трением с перемешиванием, способный работать при повышенных температурах и нагрузках, сохранив при этом рабочий ресурс резцов, используемых при изготовлении инструмента.

Способ изготовления инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов, включающий обработку исходной заготовки из инструментальной штамповой стали, имеющей твердость не более 25 HRC, на токарном станке до требуемого размера инструмента с припуском от 0,2 до 0,5 мм, термическую обработку путем закалки с последующим отпуском при температуре не ниже 500°С с обеспечением твердости полученной заготовки не менее 54 HRC и финишную обработку заготовки до требуемого размера инструмента путем точения со снятием припуска.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения твердости и ударной вязкости, а также стойкости быстрорежущей стали с интерметаллидным упрочнением сначала производят закалку стали с температуры 850-860°C и последующий отпуск при 560-570°C в течение одного часа, затем осуществляют закалку с температуры 1200-1240°C и отпуск при 590-600°C в течение двух часов.

Изобретение относится к области термической обработки резцов, имеющих поликристаллическую структуру. Для уменьшения остаточных напряжений получают один или более резцов, каждый из которых содержит основание, поликристаллическую структуру, присоединенную к нему, и остаточные напряжения.

Изобретение может быть использовано для упрочняющей обработки наплавленной быстрорежущей стали при изготовлении биметаллического инструмента. После механической и термической обработки заготовки корпуса инструмента осуществляют дуговую наплавку при токе от 50 до 56 А и напряжении дуги от 5 до 6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока и образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении режущего и штампового инструмента, быстро изнашиваемых изделий и технологической оснастки из конструкционных и инструментальных сталей, а также из металлокерамических твердых сплавов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области термической обработки сталей, и может быть использовано на машиностроительных заводах в инструментальном производстве при изготовлении режущего и штампового инструмента.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термической обработке режущих инструментов. Для повышения надежности и долговечности протяжек с плоскими гранями её подвергают трехступенчатому нагреву, при этом на первой ступени нагревают не менее 1 часа в камерной печи с температурой менее 600°С, но превышающей 560°С, на второй ступени - в соляном расплаве с температурой свыше 850°С, но не превышающей 900°С, в течение времени, определяемого из соотношения 15-25 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, на третьей ступени - в соляном расплаве с температурой ниже 1270°С, но не менее 1160°С, в течение времени, определяемого из соотношения 10-15 секунд на миллиметр ширины корпуса протяжки, проводят охлаждение на воздухе до 980-1020°С, а затем в минеральном масле в течение 45-60 с до 590-610°С, определяют величину и направление продольного прогиба протяжки, укладывают горячую протяжку выпуклой гранью на поверочную плиту и совершают перемещения протяжки по поверочной плите до снижения ее прогиба до заданной величины, затем протяжку охлаждают в подвешенном положении до температуры мартенситного превращения металла протяжки.

Изобретение относится к упрочняющей обработке металлов с использованием концентрированных потоков энергии, в частности к получению на техническом титане ВТ1-0 поверхностных слоев с градиентной многофазной структурой, которые могут быть использованы для повышения ресурса работы деталей машин и механизмов, работающих в условиях многоциклового усталостного разрушения.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к химико-термической обработке изделий из инструментальных сталей. Для увеличения глубины азотируемого слоя за короткий промежуток времени, повышения износостойкости перетачиваемого инструмента, изготовленного из отожженной заготовки, инструмент нагревают в вакуумной камере в среде аргона при давлении 0,2-0,67 Па до температуры не ниже 450° и не выше Ac1-(50-70)°C с обеспечением ионной очистки поверхности, затем при указанной температуре нагрева осуществляют ионно-плазменное азотирование в плазме азота или смеси газов аргона и азота с концентрацией азота не менее 20% путем двухступенчатого вакуумно-дугового разряда, при этом сила тока дуги составляет (80-100)±0,5А, а сила тока дополнительного анода - (70-90)±0,5 А при подаче на инструмент напряжения смещения в диапазоне от -50 В до -900 В в течение 0,5-2 час, охлаждение ведут в камере, а закалку и отпуск проводят по стандартному режиму для данной стали с получением азотированного слоя глубиной 2-2,5 мм.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки изделий из твердых сплавов. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы инструментов, деталей машин и механизмов, работающих в условиях резания, трения и абразивного износа.
Изобретение относится к области обработки черных металлов, а более конкретно к обработке металлорежущего инструмента из быстрорежущей стали. Для повышения стойкости инструмента рабочую часть стандартно термоупрочненного инструмента из быстрорежущей стали подвергают воздействию пульсирующего дозвукового воздушного потока, имеющего частоту 1130-2100 Гц и звуковое давление 120-140 дБ при комнатной температуре в течение 10-20 мин.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из термически неупрочняемых алюминиевых сплавов с применением сварки трением с перемешиванием.

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных соединений деталей из разнородных материалов, одна из которых выполнена из пластичного металла. В первой детали (1) выполняют резьбовые отверстия (2).

Изобретение может быть использовано для соединения сваркой трением с перемешиванием высокопрочной конструкционной стали в виде листов или плит. Способ обеспечивает устранение неоднородности нагрева и пластического течения, создаваемого в результате перемешивания размягченных участков.

Изобретение может быть использовано для получения сваркой трением соединения «труба - трубная решетка», например, при изготовлении теплообменных аппаратов. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внутренний диаметр которой равен проходному сечению трубы, внешняя ее поверхность имеет коническую и цилиндрическую части, а кромки трубы и отверстия трубной решетки имеют внутренние конические поверхности с углом скоса, соответствующим углу скоса конической поверхности шайбы.

Изобретение относится к способу сварки трением с перемешиванием стыковых соединений из алюминиевых деформируемых сплавов. Используют сварочный инструмент с пином, выполненным длиной 5,8…11,8 мм цилиндрической формы с левосторонней резьбой и опорным буртом диаметром 18…28 мм.

Изобретение может быть использовано для выполнения стыковых соединений деталей из алюминиевых жаропрочных сплавов толщиной 2…6 мм. Используют сварочный инструмент с пином, выполненным в форме усеченного конуса длиной 1,8…5,7 мм с тремя «левыми» резьбовыми канавками, и опорным буртом диаметром 8…18 мм со спиральной канавкой.

Изобретение может быть использовано при изготовлении моноколес, применяемых преимущественно в роторах газотурбинных двигателей. Способ включает получение заготовки лопатки газотурбинного двигателя штамповкой с образованием аэродинамического профиля в каждом сечении пера лопатки и образованием хвостовика с их последующей механической обработкой.

Изобретение может быть использовано при сварке трением с перемешиванием. В процессе сварки осуществляют слежение и регулирование загрузки перемещаемого сварочного инструмента по давлению загрузки.

Изобретение может быть использовано при получении модуля для накопления энергии посредством соединения двух конденсаторов или суперконденсаторов (10). Каждый герметичный корпус (14) конденсатора или суперконденсатора содержит трубчатый элемент (16) и по меньшей мере одну крышку (18), закрывающую трубчатый элемент на его конце.

Изобретение может быть использовано для сварки трением с перемешиванием (СТП) вращающимся инструментом. Инструмент для СТП изготовлен из быстрорежущей стали и выполнен в виде сплошного стержня, верхняя часть которого предназначена для закрепления в приводе вращения.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для сварки протянутых дисков. Способ фрикционной сварки протянутого диска, содержащего ячейки, выполненные с возможностью приема корней лопаток, включает в себя сварку с применением вспомогательного устройства. Устройство содержит круговой пояс из вязкоупругого полимера, выполненный с чередованием выступов и впадин. Указанный пояс содержит бандаж, выполненный с возможностью плотно располагаться вокруг периферии диска за счет радиального усилия стягивания бандажа. Выступы и впадины находятся на внутренней стороне бандажа, который является замкнутым и круговым. Во время сварки бандаж плотно располагают вокруг периферии диска, заводя выступы в ячейки, образованные на периферии диска так, чтобы выступы сжимались между зубьями диска, чередующимися с ячейками. Снижаются вибрации, увеличивается производительность процесса, повышается качество обработанной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области сварки трением. Для получения инструмента для сварки трением с перемешиванием алюминиевых сплавов с высокой технологичностью, высокой надежностью и долговечностью в процессе эксплуатации при температуре вплоть до 500°С исходную заготовку из инструментальной штамповой стали, имеющей твердость не более 25 HRC, вытачивают на токарном станке до требуемого размера инструмента с припуском от 0,2 до 0,5 мм, подвергают последующей термической обработке, состоящей из закалки и отпуска при температуре не ниже 500 °С с обеспечением твердости не ниже 54 HRC после отпуска и доводят размер инструмента до требуемого путем точения со снятием припуска.

Наверх