Способ механико-термической обработки полых изделий

 

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено03.01.75 (21) 2092379/02

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 688036 (51) М. Кл.е

С 21 D 1/78

С 21 2 7/14

С 21 3 9/08 с присоединение н заявки № (23) Приоритет

Государственный номнтет

Совета Мнннстрое СССР по делам нзаоретеннй н открытий (43) Опубликовано05.12,76,Бюллетень № 45 (45) Дата опубликования описания 24.02.77 (53) УДК 621.785.78 (088,8) Л. Н, Лариков, A. И. Носарь и N. Е. Гуревич (72) Авторы изобретения

Институт метаплофизики АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) СПОСОБ МЕХАНИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области термической обработки изделий из стали и сплавов, в частности к технологии механико-гермической обработки полых изделий, и может быть использовано при изготовлении, например, баллонов для сжатого газа, резервуаров и труб высокого давления.

Способ термической обработки с одновременным механическим воздействием на изделие известен сравнительно дав» но и широко используется как в СССР, так и за рубежом. Так, например большое распространение получил метод механикотермической обработки, при котором изделие одновременно с нагревом подвергают сжатию на закапочном. прессе (1, 2, 31 ипи растяжению с помошью специальных устройств f 4 1.

Недостатком таких способов термообработки является то, что обжатие изделия рабочими элементами пресса обеспечивает механическое нагружение поверхности детали лишь в локальных контактных зонах, размеры которых зависят от конфигурации объемных изделий.

Таким образом, бопьшая часть поверхности в процессе нагрева, выдержки и ох» паждения остается ненагруженной. Неравномерность распределения давления вызывает появление микротрешин в материале изделия и снижает качество обработки.

По этой причине описанный способ пе1О песообразно испопыювать в основном дпя плоских изделий.

Дпя механико-термической обработки дпинномерных изделий, например прутков, известен способ, по которому испопьзо15 вался мепкодиспергированный сыпучий материал в качестве передаюшего звена от нагружаюших элементов к изделию (51.

При таком способе пруток подвергают эпектроконтактному нагреву в заполненной

20 сыпучим материалом камере. В полость камеры в процессе обработки вводят клинья, уплотняюшие сыпучий материал. При этом давление на поверхность обрабатываемого изделия распределяется более равномерно, чем при

25 реализации описанных выше способов, а

538036 конфигурация изделия не играет важной роли. Но все же достаточной равномерности механического обжатия поверхности и этот способ не обеспечивает, поскольку зазоры между частицами мепкодисперсного материала искажают попе внутреннего давления.

Более перспективным в этом отношении оказался способ механикогермической обработки, согласно которому дпя пре- 10 дотвращения образования микротрещин изделие в процессе термообработки подвергают воздействию газа иди закапочной жидкости под высоким давлением C6).

При реализации такого способа дпя соз- 5 дания давления закапочной жидкости обычно испопьзуют специальные нагнетатепи; величину удельной нагрузки, как правило, устанавпивают эмпирическим путем и выдерживают постоянной в течение всего процесса термообработки. Сложность аппаратурного оформления способа настоятельно требовала усовершенствования приемов выполнения операций нагрева издепия и его поверхностной деформации

Наиболее оригинально и эффективно эта задача была рашена в способе термической обработки изделий f7), который включает нагрев изделия, его выдержку и охлаждение под давлением рабочей жидкости. Причем

30 нагрев осуществляют рабочей жидкостью, а давление создают расширением рабочей жидкости при ее нагревании в герметизированной камере постоянного объема.

Аппаратурное оформление для реализации такого способа оказалось черезвычайно простым по конструкции, а физико-механические свойства изделий по сравнению с изготавливаемыми другими способами значительно повысились.

Однако при таком способе изменение величины и скорости изменения давпения, создаваемого при термическом расширении рабочей жидкости, не согласована во времени 45 со степенью, и соответственно со скоростью протекания физических процессов формирующих механические свойства обрабатываемого изделия, что в свою очередь, при обработке, например, сосудов высокого давления (закапка - отпуск с одновременной деформацией) не позвопяет обеспечить в достаточной степени релаксацию опасных напряжений в очагах потенциального разрушения материаца. изделия.

Исспедования показали, что дпя устранения этого недостатка деформацию в процессе отпуска целесообразно производить со скоростьк, пропорциональной скорости изменения теппосодержания и удельного 60

4 объема издепий. Известен способ механикотермической обработки полых изделий из стали и сплавов (83 включающий термическую обработку и деформацию приложением гидравпического давления в процессе crvпуска, причем дпя повышения конструктивной прочности деформацию производит со скоростью, пропорциональной скорости изменения теппосодержания и удельного объема.

Конструктивная прочность иэделий, обработанных по такому способу, увеличилась в среднем на 16%. Однако, как выяснилось при реализации технологического процесса, сложность аппаратурного оформления по сравнению со способом (73 снова повысилась. Так, для программного изменения давления рабочей жидкости потребовался регулируемый нагнетатель, в цепь управления приводом которого включены анализаторы теплосодержания изделия, датчики изменения удельного объема. Кроме того, одностороннее приложение гидравлического давления при обработке полых изделий не обеспечивает оптимальной их конструктивной прочности. И, наконец, наиболее существенный неаостаток заключается в том, что чувствительность существующих датчиков и степень инерционности системы управления изменением давления не обеспечива« ют достаточно точного соблюдения программы нагружения в соответствии со скоростью и степенью изменения параметров, характеризующих протекаюшие процессы (изменения теплосодержания и удельного объема), и, следовательно, не позволяет эффективно реализовать процесс.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение качества обработки и упрощение технологии, ITo поэВОпит пОВысить точнОсть програм» много изменения давления в соответствии с характеристиками фазовых превращений, увеличить конструктивную прочность полых изделий и максимально упростить конструкцию необходимого аппаратурного оформления.

Йля этого предлагается способ, по которому гидравлическое давление прикладывают с внутренней и внешней сторон изделия, нагревая герметизированное изделие, заполненное рабочей жидкостью, в герметичной камере, которую изготавливают из того же материала, что и изделие, но предварительно термообрабатывают до заданного уровня свойств готового иэделия, и также заполняют рабочей жидкостью, затем измеряют перепад давлений в камере и полости изделия и прекращают обработку по прекращении роста перепада давлений.

538036 где: Ч вЂ” объем полости внутри изделия, Ч вЂ” полый объем изделия, ЗЬ

V — объем полости между изде3 лием и камерой, Ч,„=Ч -Ч вЂ” объем материала изделия, — коэффициент сжимаемости жид60 кости, На фиг. 1 изображена схема предложенного способа; на фиг. 2 — относительное изменение объема при фазовых превращениях в материале изделия по времени.

Заполняют обрабатываемое изделие 1 ра- 5 бочей жидкостью 2, герметизируют его полость и помешают в заполненную рабочей жидкостью 3 герметичную камеру 4.

Герметичная камера 4 выполнена из того же материала, что и изделие ., но прошедшего предварительную обработку, например отпуск, до заданного уровня свойств готового изделии.

Первую операцию — нагрев изделия можно осуществлять различным образом, например, помещая камеру с изделием в электронагревательную печь.

При разогреве камеры 4. нагревается жидкость 3 между стенками камеры и из» делием, а также изделие 1 и жидкость 2, 20 заключенная в его полости. Поскольку при отсутствии превращений коэффициенты термического расширения изделия и камеры равны, то при их расширении относительные объемы жидкости внутри изделия и в зазоре между камерой и изделием изменяются одинаково. А так как коэффициент объемного расширения для жидкостей примерно на два порядка больше, чем для твердых материалов, то давление рабочей жидкости внутри изделия и вне его повышается.

Параллельно с нагревом протекает вто рая операция-деформация стенки изделия гидравлическим воздействием.

Протекающие при повышении температуры или во времени превращения в изделии сопровождаются изменением объема, что приводит к пропорциональному изменению давления за счет того, вчто в материале камеры таких превращений не происходит (материал, из которого изготовлена камера, предварительно доведен до свойств готового изделия, например отпущен).

Величина перепада давлений аРнаходится в прямой зависимости от объемных изменений, вызванных превращениями в материале изделия и изменяется в соответствии с функциональной зависимостью: щ

Так как нагрев производят с постоянной скоростью, то температурная зависимость фиг. 2) совпадает с времен чн ч,» ной зависимостью. При этом t — время начала превращения, совпадает с началом координат.

В соответствии с этой кривой изменяется и результирующее гидравлическое воздействие на обрабатываемое изделие.

При этом практически не требуется никаких автоматизированных систем управления величиной указанного гидровоздействия.

Время окончания обработки определяют, измеряя текущий перепад давлений, характеризующий изменение объема, по прекращении роста перепада объема.

Описанный способ опробирован при механико-термической обработке сосудов высокого давления.

Прошедшие предварительную закалку изделия, заполненные рабочей жидкостью, подвергались отпуску при температуре о

270 С в герметичной камере. Давление в камере и полости нагретого изделия перед

4 2 началом превращений составляло 10 кг/см .

Максимальный перепад давления сос2 тавил 150 кг/см . Обработку прекратили при прекращении роста перепада давления внутри и снаружи изделия.

Формула изобретения

Способ механико-термической обработки полых изделий, включающий закалку и отпуск с одновременной пластической деформацией, осуществляемой гидравлическим давлением со скоростью, пропорциональной скорости изменения удельного объема изделия, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения качества обработки и упрощения технологии, полость изделия, прошедшего закалку, заполняют жидкостью, герметизируют, помешают в заполненную жидкостью герметичную камеру, имеющую свойства готового изделия, и производят нагрев камеры с изделием, при этом измеряют текущий перепад давлений в камере и изделии и заканчивают обработку по прекращении роста перепада давлений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент Великобритании№ 1179264, С 7 N,1970 г.

2. Патент США № 2494984, 266-6, 1950 r.

538036 Ри . 1

1б

Е с Риг. 2

Составитель Г. Шевченко

pe a+TO E g атчикова Техред О. Луговая Корректор Н. Вугакова едактор . ратчикова

Заказ 5677/16 Тираж 654 Поддж кое

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент», г. Ужгород, ул. Г роектная, 4

3. Патент ФРГ ¹ 976794, 18 с, 9/08, 1964.

4. Авторское свидетельство СССР, ¹ 261427, С 21 D 1/78, 1967.

5. Патент Великобритании ¹ 1226972, С 7N, 1971.

Ъ к Î

)

7 12

6. Авторское свидетельство СССР № 116988, С 21 Э 1/56, 1948.

7. Авторское свидетельство СССР № 41 1 139, С 21 D 1/7 8, 197 1.

8. Авторское свидетельство СССР № 345212, С 21 D 1/78, 1970.