Способ снятия остаточных напряжений в деталях

 

Г с =.;;

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н И Я (11) 67О62О

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.07.76 (21) 2379568/22-02 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.06.79. Бюллетень 1Ъ 24 (45) Дата опубликования описания 13.07.79 о1) М. Кл. С 21 U 1/30

Государственный комитет ссср (53) УДК 621.789 (088.8) ио делам изебретений и открытий (72} Авторы изобретения

П. И. Русин, В. Н. Пустовойт, Ю. М. Домбровский и B. A. Блиновский (71) Заявитель

Ростовский-на-Дону институт сельскохозяйственного машиностроения (54) СПОСОБ СНЯТИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

В ДЕТАЛЯХ

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использозано при термической обработке деталей.

Остаточные напряжения, сохраняющиеся в .изделиях после термической обработки, приводят к изменениям их размеров. трещинообразованию. Для снятия остаточных напряжений вынуткденно прибегают к отпуску изделий, однако при этом снижается твердость и износостойкость. В настоящее время установлено, что возбуждение упругих колебаний в закаленной детали уменьшает величину остаточных напряжений в ней.

Известен способ снятия остаточных на.-;-,яженлй в деталях, кото, ь ;I основан эффекте, релаксации напряжений за счет возникающих в детали упругих колебаний, вызванных взаимодействием постоянного

iH перемеHIHQID магнитных полей (1).

Суммарные остаточные напряжения в закаленных деталях складываются из термических и структурных напряжени.".. Термические .напряжения при закалке уравновешиваются .в микрообъемах (в масштабах детали),и причины их возникновения общеизвестны. Природа остаточных структурных напряжений — e сдвиговом характере мартенситного превращения, объемной дилатации, сопровождающей появление а -фазы, и недостаточной аккомодации мартенситных кристаллов друг к другу, в результате чего в закаленном сплаве возникают локальные структурные искажения, величина кото рых достигает иногда:предела прочности материала.

Известно, что для интенсивной релаксации остаточных структурных напряжений необходимо инициировать микропластические сдвиги в .местах действия «пиковых» напряжений (это области столкновения мартенситных кристаллов или границы между мартенситными .кристаллам1и и остаточным аустенитом) (2).

Известен способ снятия остаточных напряжений в деталях путем возбуждения механических упругих резонансных колебаний собственной частоты детали (3).

В этом способе частота возбуждаемых со упругих колебаний выбирается из условия резонанса в определенном сечении плп во всем объеме образца, что способствует снятию остаточных термичеаких напряжений, однако при этом не учитываются причины возникновения H локализации остаточных структурных напряжений в закаленном сплаве и, следовательно, не обеспечиваются условия их релаксации.

Целью настоящего изобретения являетзО ся интенсификация и повышение эффектив670620

65 ности процесса за счет снятия суммарных (тврмических и структурных) остаточных напряжений в за каленных деталях.

Указанная цель достигается тем, что и предлагаемом способ снятия остаточных напряжений в деталях возбуждение упругих механических резэнан сных колебаний прэизводят в два эта па: сначала на частоте детали (для снятия остаточных структуряых напряжений), затем на собственной частоте структурных составляющих материала закаленной детали, которые обуславл;iвают наличие остаточных структурных напряжений в детали; благодаря этому ооеспечиваетея интенсивная релаксация в местах их возникновения и локализации после тврмообрабовки.

В закаленных стадиях такими структурными составляющими являются пластины мартенсита (mm бейнита), расположенные в матрице остаточного аустенита. Собственная частота мартенситного кристалла зависит от его размеров, формы и физикомеханических свойспв и может быть рассчитана с некоторыми допущениями по известныы гл формулам. Если сделать допущение, что мартенситный кристалл представляет собой квадратную пластину со стороной а толщиной h (c принятым соотношением h: а = 1: 20), заделанную по контуру в аустенитную ма рину, то формула для расчета собственной частоты такого кристалла после упрощения и подстановки физико-механических констант материала примет вид где f — собственная частота мартенситного кристалла, Га,;

Q — длина мартенситного кристалла, як,и.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость собственной частоты мартенситного кристалла от балла зерна мартенсита (ГOCT 8233-56, шкала № 3).

Снятие остаточных напряжений п роизводится в два этапа. На перовом, предназначенном для снятия термических остаточных напряжений, в обрабатываемой закаленной детали 1 возбуждаются механические колебания на ее собственной частоте с помощью магнитострикционного преобразователя 2, получающего питание от ультразвукового гвнератора 3 электрических колебаний с регулировкой ча стоты. На втором этапе произ водится снятие структурных остаточны.. напряжений, при этом в детали 1 возбуждаются колебания на собственной частоте мартенситного кристалла, которая имеет значение порядка сотен мегагерц, с этой иель:о использован проходной коаксиаль ый резонатор 4 с кварцевым преобразователем, который соединен волноводом б с геl0

l5

40 пер атором электрических колебаний б.

Пример. Способ может быть реализован на описанном устройстве (фиг. 1) с использэванием графика (фиг. 2), построенного по расчетным данньгм для углеродистой стали. Сначала (на первом этапе) с помощью генератора 8 в закаленной детали воз. буждаются резонансные колебания на ее собственной частоте, которая оиределяется ,расчетным путем с учетом формы и размеров детали. Продолжительность первого этапа равна времени от начала процесса до прекращения спада тока в обмотке генератора 3. Этот спад связан со снижением энергии колебаний, поглощаемой деталью при релаксациями остаточных термических напряжений. На втором этапе, начинающемся непосредственно после первого, с помощью генератора б в детали .возбуждаются упругие механические колебания на собственной (резонансной) частоте той структурной составляющей материала закаленной детали (например, кристалле мартенсита), которая обуславливает наличие структурных остаточных напряжений. Продолжительностг обработки на втором этапе также определяется спадом тэка в обмотке генератора б вследствие снижения энергии колебаний, поглощаемой структурными составляющими материала детали при релаксации структурных напряжений в местах их локализации. В случае закаленной на мартенсит ста;ш рабочая частота генератора б может быть определена по графику (фиг. 2) на основании дан ных о балле (ГОСТ 8233-56) мартенсита, который необходимо предварительно оценить металлографически.

Уточнение рабочих частот обоих генераторов производится экспериментально. Длительность обработки как на первом, так и на втором этапе, обеспечивающая эффективную релаксацию термических и структурных напряжений, не превышает 20 яин.

Формула изобретения

Способ снятия остаточных напряжений гз деталях, преимущеспвенно закаленных, путем возбуждения упругих механических резонансных колебаний собственной частоты детали, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, возбуждение упругих механических резонансных колебаний проводят в два этапа: сначала на собственной частоте детали, затем на собственной частоте структурных составляющих материала закаленной детали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 261327, кл. С,21 D 1/04, 1967.

2. Металлофизика, вып. 54, Киев, «Наукова дум,ка», 1974, с. 94 — 97.

3. Технология машиностроения. Реферативный журнал, 1974, ¹ 1, 15219.

67062О

Р"Е 7

«, 7 g

Составитель Г. Шевченко

Редактор 3. Ходакова Текред Н. Строганова Корректор С. Файн

Заказ 461/832 Изд. № 373 Т, ра.к 657 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»