Способ деформирования металлов и устройстводля его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респубпик!!!!607446

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 11. 02. 76 (21) 2332531/22-27 (51)М К 3 с присоединением заявки Но (23) Приоритет—

С 22 F 3/02

В 21 J 5/00

Государственны и коми тет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 300781. Бюллетень Йо

Дата опубликования описания 300781 (5Ç) УДК 621 783 (088. 8) (72) Автор изобретения

Ю.Ф. Балалаев (71) Заявитель

Воронежский политехнический институт

{54) СПОСОБ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области обработки металлов с изменением их структурного состояния, в частности без формоизменения.

Известен способ деформирования металлов путем воздействия ультразвуковым полем.

Известно также устройство для реализации данного способа деформирования металлов, содержащее колебательную систему, магнитострикционно-индуктивный четырехполюсник возбуждения и блок регистрации амплитудно-частотного спектра ультразвука с частотным детектором 11 ).

Известный способ деформирования, как и устройство для его реализации обладают ограниченными возможностями в обработке металлов с точки зрения степени деформации и скорости протекания процесса.

Целью изобретения являются увеличение степени деформации и повышение скорости протекания процесса.

Для этого по предлагаемому способу воздействие ультразвуковым Полем на металл осуществляют, поместив его в охлаждающую среду и поддерживая температуру металла нагрева ультразвуком.

Предлагаемое устройство для осуществления этого способа снабжено камерой охлаждения, а также электрической цепью автоматического регулирования, режима ультразвукового нагрева, содержащей источник опорного напряжения, интегратор, входной сумматор, масштабные усилители и выходной сумматор, при этом входной сумматор электрически связан с частотным детектором и источником опорного напряже-ния, а выходной сумматор — с четырехполюсником возбуждения.

Осуществление значительных степеней деформации предлагаемым способом стало возможным благодаря повышению плотности тепловой мощности ультразвукового нагрева металла в результате более интенсивного отвода тепла в охлаждающую среду и использование управляемого установившегося режима нагрева, обеспечиваемого автоматическими средствами. Способ деформирования ультразвуком может быть реализован на пластичных моно- и поликристаллических материалах: железе, никеле, молибдене, конструкционных и нержавеющих сталях, жаропрочных сплавах и т.д.

607446

40 в таблице.

Примечание

9Р п/п

Степень деформации

Время деформации

Охлаждающая среда

Материал

5 мин 3 103

4 MHH 2 10

1. Армко-железо

2. Никель Н1 вода скорость масло

20 мин 2.10

5 мин 3 10

3 деформация порядка 10 сек-1 жидкий азот

3. Монокристалл молибдена

4 Сталь 20,35,41

5. Сталь ЗОХГСА масло воздух 15 мин б 10 давлен.ультразвук. 503 кг/мм

Ч б. Сталь 17 ГС б мин 3 10 воздух

7. Нержавеющая сталь 1Х18Н9Т, 1Х13, Х16Нб

8. Жаропрочные сплавы ЭИ437, ЭИ696И

Частота 2122 кГц

50 мин 3.10

4 вода 3

10 мин 1 10 вода

Температурный интервал 500-1300 С обусловлен принципом целесообразности и необходимости при проведении процесса на всех видах металлических материалов.

Ультразвуковой нагрев происходит эа счет работы, совершаемой быстропеременным силовым полем на перемещение с определенной скоростью.дисло каций. Так как дислокации движутся взад и вперед в циклах сжатия и растяжения реверсивно, то Формоиэменения тела не происходит. Но признаком протекания высокоскоростной пластической деформации является высокотемпературный эффект. Напряжение ультразвука является аналогом электрического напряжения, а поток дислокаций аналогом потока электронов.

При электронагреве измеряют величины электрического напряжения и тока, а при ультразвуковом нагреве механическое напряжение ультразвука и величины деформации (скорость, количество, степень и др.). Мерой ме, ханического напряжения ультразвука является величина сигнала амплитудного детектора колебательной системы, а мерой деформации — величина изменения сигнала частотного детектора.

Последнюю можно связать со скоростью деформации, количеством деформации, степенью и др.

Пример осуществления способа деформирования условия протекания процесса при обработке стержня из нержавеющей стали в жидком азоте. В этом случае сигнал амплитудного детектора ультразвукового нагревателя был равен значению 61, а частотно го детектора Е, плотность тепловой мощности в горячей зоне соответственно составила q = ©q. б . При удалении камеры с азотом температура образца значительно повышается, для обеспечения ранее выбранной температуры необходимо уменьшить напряжение (амплитуду) ультразвука до значения что соответственно приводит к уменьшению сигнал . частотного детектора до значения Я < Г . Наоборот, если в камеру залить воду, то цвет каления исчезнет. Для восстановления прежнего цвета каления образца в воде необходимо увеличить напряжение ультразвука (сигнал амплитудного детектора) до значения 6 7 б;, что соответственно приведет к увеличению сигнала частотного детектора до значения Е > К„.

Пусть q = 100 кал/см.сек и О

500 кг/см, тогда f = 8,4 сек

-1 При охлаждении в дой q+= 200 кал/сМ

° сек и G =. 600 кг/см, поэтому Я =

14 сек, скорость деформации увеличилась приМерно в 1,7 раза. Соответственно и степень деформации на заданном отрезке времени увеличится в

1,7 раза. Следовательно, для повышения степени деформации на заданном отрезке времени (или для сокращения времени процесса при заданной степени деформации) выгодно помещать меФ алл в охлаждающую среду и испольэоать автоматическую систему регулирования процесса деформирования.

Способ деформирования ультразвуком был опробован на пластичных моно- и поликристаллических материалах армко-железе, никеле, монокристаллах молибдена электронно-лучевой плавки, конструкционных сталях 20, 35, 45, ЗОХГСА, 17ГС, нержавеющих сталях 1Х18Н9Т, 1Х13, Х16Н6, жаропрочных сплавах ЭИ437, ЭИ696М.

Результаты испытаний представлены б0744б

На чертеже изображена схема ультразвукового устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит охлаждающую камеру 1, которая установлена без жесткой акустической связи с ультра5 звуковой системой и заполнена охлаждающей средой (водой, маслом, жидким азотом и т.п.), четырехполюсник электромеханического возбуждения резонатора, образованный индуктивным детектором 2 колебаний, блоком 3 амплитудно-частотного преобразования сигнала датчика, электронным регулятором 4 возбуждающего напряжения, усилителем 5 напряжения и мощности, магнитострикционным пакетом б и блоком 7 регистрации амплитудно-частотного спектра колебаний с частотным детектором. Блок 7 соединен с цепью автоматического регулирования режима ультразвукового нагрева, работающей по принципу интегрирования сигнала рассогласования частоты и опорного напряжения. Эта цепь образована входным сумматором 8, источником 9 опорного напряжения, точным делителеM

1G напряжения, масштабными усилителями 11 и 12, интегратором 13 и выходным сумматором 14, который связан с управляющим электродом регулятора 4 в четырехполюснике возбуждения.

39

Во схеме регулятор 4 представляет собой обычный ламповый или полупроводниковый каскад, коэффициент -.,âpåдачи напряжения которого зависит от потенциала на управляющем электроде (аноде, сетке, базе и т.п.). Роль частотного детектора в блоке 7 выполняет узкополосный усилитель с расстроечным резонансным RLC-контуром или двухтактный симметричный частотный детектор мостового типа. 4О

RLC-параметры схем подбираются такими, чтобы амплитуда выходного сигнала почти линейно зависела от частоты в диапазоне ее девиации.

Деформируемое тело 15 соединяется с колебательной системой, а камера 1 заполняется охлаждающей средой. В системе возбуждаются собственные продольные колебания до наступления деформации и нагрева тела в области максимального давления стоячей волны ультразвука, в момент выхода ультразвукового нагрева на установившийся режим при заданной температуре включается цепь автоматического регулирования. Сигнал частотного детектора, зависящий от скорости деформации и температуры тела, поступает на сумматор 8, где алгебраически суммируется с опорным напряжением, подава-. емым от источника 9. Положительное . 6О или отрицательное напряжение рассогласования преобразуется по пропорциональному и интегральному законам усилителями 11 и 12 и интегратором 13.

На выходе сумматора 14 вырабатывает- 65 ся управляющее напряжение. В первые моменты времени при появлении сигнала рассогласования схема работает через усилитель 12 как система пропорционального регулирования с большим быстродействием. В дальнейшем схема начинает работать как система интегрального регулирования, так как с течением времени начинает преобладать напряжение на выходе интегратора.

В итоге петля регулирования устанавливает такую величину напряжения на магнитострикционном преобразователе, что скорость течения и температура горячей зоны тела будет соответствовать заданному опорным напряжением уровню, несмотря на возможные иэмснения сопротивления пластической деформации и другие эффекты при выбранных температурно-скоростных условиях деформирования. Уровень скорости деформации и температура горячей эоны могут задаваться постоя.«ными или плавно изменяющимися во времени с помощью блока воспроизведения временных функций опорного напряжения.

Источник опорного напряжения, масштабные усилители, сумматоры и интегратор построены по известным схемам на базе операционных усилителей постоянного тока с большим коэффициен= том усиления, например на базе операционных усилителей и блоков аналогоьой вычислительной машины МН-7.

Воспроизведение временных функций опорного напряжения (линейных, экспоненциальных,синусоидальных, пилообразных и др.) осуществляется интеграторами, функциональными преобразователями и другими элементами, набираемыми в нужных сочетаниях

Величины сопротивления и конденсаторов на входе и в цепях обратной связи усилителей подбираются так, чтобы обеспечилось требуемое качес)тво и устойчивость регулирования режима деформирования тела..

Использование предлагаемого способа и устройства повышает скорости протекания процесса деформирования, увеличивает степени деформации обрабатываемых металлов (степень деформации достигает порядка 10 -10+), 2. максимально сближает процесс нагрева и пластическую. деформацию и превращает их в практически единый физический процесс.

Формула изобретения

1. Способ деформирования металлов путем воздействия ультразвуковым полем, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени деформации и повышения скорости протекания процесса, воздействие ультразвуковым полем на металл осуществляют, поместив его в охлаждающую сред

60744б

Составитель A.Áûñòðoâ

Редактор Н.Кхмедова Техред A. дч Корректор Е.Рошко

Заказ 5789/41 Тираж б81 Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г,Ужгород, ул. Проектная,4 и поддерживая температуру металла нагрева ультразвуком.

2. Устройство для осуществления способа деформирования металлов по п.1, содержащее колебательную систему, магнитострикционно-индуктивный четырехполюсник возбуждения и блок регистрации амплитудно-частотного спектра ультразвука с частотным детектором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено камерой охлаждения, а также электрической цепью автоматического регулирования режима ультразвукового нагрева, содержащей источник опорного напряжения, интегратор, входной сумматор, масштабные усилители и выходной сумматор, при этом входной сумматор электрически связан с частотным детектором н источником опорного напряжения, а выходной сумматор — с четырехполюсником возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал "Теплофизика высоких температур", И., AH СССР, т.8. 1970, с.859-862.