Способ термомеханической обработкисталей и сплавов

 

Союз Советскин

Социалистическик

Ресвублик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и>836149 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.04.79 (21) 2748915 22-02 (51) М. Кл. с присоединением заявки №вЂ”

С 21 D8/00

Гееудерстееиньм кемнтет (23) Приоритет—

60 делам изобретений и еткрмтий

Опубликовано 07.06.81. Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 09.06.81 (53) УДК 621.787.

044 (088 8) (72) Авторы изобретеиия

А.Л. Белинкий, Б. Ф. Гусаков,С.М. Кутепови (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

Изобретение относится к области термомеханической обработки сталей и сплавов и может быть использовано в химической, пищевой, биохимической промышленностях для изготовления деталей роторов центробежных сепараторов, дисков распыливающих механизмов сушилок и других деталей, работающих в условиях воздействия центробежных нагрузок.

Известен способ термической обработки титановых сплавов, в частности BTI — О, ОТ4 — О, включающий нагрев до 650 — 680 С и последующее охлаждение на воздухе (1).

Известен также способ термомеханической обработки металлов и сплавов, например, заготовок из титановых 1.-сплавов, включающий термическую обработку и пластическую деформацию (2). Однако известные способы, обеспечивая высокую пластичность обрабатываемых сплавов, не дают возможности повысить их прочностные характеристики.

Цель изобретения — повышение предела текучести материала заготовок.

Поставленная цель достигается тем, что пластическое деформирование проводят в поле центробежных сил вращением загото2 вок вокруг своей оси до получения остаточной деформации 2 — 5%.

В результате использование данного изобретения позволяет обеспечить в высоконагруженных деталях вращающихся роторов (например центробежных сепараторов) сочетание высоких пластических свойств, трещиностойкости, благоприятного распределения остаточных напряжений и необходимого уровня предела текучести. Получить подобное сочетание свойств в корпусных деталях роторов центробежных сепараторов другим способом невозможно. Применение термообработки высокопрочных сталей и сплавов (стали аустенито-мартенситного класса

07Х16Н6 и 09Х15Н8Ю, сплавы титана АТ6 и ВТЗ вЂ” 1) для изготовления вышеуказан15 ных деталей связано с неизбежным снижением характеристик пластичности и трещиностойкости (для сталей $> до 12%, для сплавов титана до 8%), что не гарантировало надежной работы роторов без хрупких разрушений.

Применение неупрочняемых термообработкой сталей и сплавов с низкой прочностью и высокими пластическими свойства836149 ми в этом случае невозможно из-за недостаточно высокого предела текучести.

Повысить предел текучести в крупных поковках из таких материалов посредством термомеханической обработки, например, снижением температуры окончания ковки, практически трудно. Кроме того, в этом случае создается высокий уровень и неблагоприятное распределение остаточных напряжений в заготовках деталей.

Данный способ термомеханической обработки можно распространить на различ1О ные пластичные материалы. Применение различных материалов требует установления различного уровня остаточных деформаций в заготовках деталей роторов, что определяется степенью напряженности этих деталей при эксплуатации.

Детали роторов центробежных сепараторов при эксплуатации испытывают воздействие нагрузок от сил инерции собственных масс и давления обрабатываемого продукта. Упрочнение заготовок деталей роторов проводится при воздействии сил инерции собственных масс. Поэтому эквивалентность нагрузок на заготовки деталей роторов при упрочнении корректируется соответствующим коэффициентом К, учитываюшим отсутствие воздействия обрабатываемого продукта на детали ротора по следующей зависимости: .,„=1,t n е, Ж

ГДЕ rL9— эксплуатационная частота вращения ротора; коэффициент, учитывающий отсутствие нагрузок от обрабатываемого продукта и обеспечивающий эквивалентность нагрузок при воздействии сил инерции собственных масс; плотность материала ротора; плотность обрабатываемого продукта; 40 толщина стенки детали на ее наибольшем диаметре; наибольший внутренний диаметр.

Частота вращения, обеспечивающая уп- 45 рочнение деталей ротора, рассматривается по формуле:

При п.„,0 .,41 и гп,о0 требуется упрочнение деталей ротора до необходимого нижнего или верхнего предельного значения напряжения, соответствуюшего остаточной деформации. Например, для сталей и титановых сплавов нижняя и верхняя границы остаточной деформации составят следующие значения:

4 сталь 04Х25Н 5М2 аустенито-ферритного класса

С о047 0,05 — 0,20%. стали 08Х17Н13М2, 06Х17Н 1ЗМЗ аустенитного класса

8 ое9п 1,5 — 3,0% титановые сплавы BTI — 0 и ОТ4 — 0

Я мщ = 0,05 — 0,20%.

Заготовки деталей изготавливаются с припуском с учетом остаточных деформаций, возникающих при упрочнении.

Упрочнение заготовок деталей роторов от нижнего до верхнего предельного значения необходимо осу шествлять ступенями частот вращения, количество которых устанавливается в ходе проведения упрочнения и замера остаточных деформаций.

Время упрочнения заготовок деталей, необходимое для развития и стабилизации пластических деформаций по зонам заготовок, требуется практически в пределах 5 мин на ступень нагрузки.

Ниже приводятся примеры с использованием оптимальных, нижних и верхних технологических режимов обработки заготовок деталей роторов центробежных сепараторов из различных материалов.

Пример 1. l. 1. Требуется изготовить ротор центробежного сепаратора диаметром 530 мм из аустенито-ферритной стали 04Х25Н5М2 с пределом текучести

=50 кгс/мм, обладаюшей высокими пластическии м и свойствами 8 = 20 — 25%.

= 55 — 60%

Эксплуатационная частота вращения ротора n = 6700 об/мин; толщина стенки деталей основа нио ротора S = 3.5; плотность материала g=8x10 6 кгс, с /см4; внутренний диаметр ротора 0=46 см, плотность обрабатываемого продукта, О е ——

=1,12 10 кгс.сек /см.4. Определяем частоту врашения, эквивалентную режиму вращения ротора по формуле:

Пж3 = даЭ /4

-б

Л =-9 = 40 — М

8, 8о М

84

O =l,(= / « = /,457, Ф экю:. 174 0700 1,ФХК 9!00 /„„ц

l.2. Определяем частоту вращения заготовок деталей ротора при упрочнении по нижнему пределу при напряжении Ç =ди

=3850 кгс/см и соответствующей остаточной деформации Ьст= 0,005%

0) = +-=0Щ09 907 -,- 9100 псе.

g @ 1 а 6О .1385О 06

1.3. Определяем частоту врашения заготовок деталей ротора при упрочнении по верх5 нему пределу при напряжении ф

=5000 кгс-см г и соответствующей остаточной деформации 8оеп,— — 0,20 /о

4й+60 g . /О-

1 .4. Оптимальный режим упрочнения, обеспечивающий упругую работу деталей ротора при эксплуатации и испытаниях на прочность, составляет п —— 9800об/ми н.

Пример2. 2. 1. Требуется изготовить ротор центробежного сепаратора диамет-. ром 530 мм из стали аустенитного класса 08Х17Н13М2, с пределом текучести 8 =

=20 — 24 кгс/мм, обладающей высокими пластическими свойствами

3 = 35 — 40о/о.. 10 = 60 — 70о/о

Эксплуатационная частота ротора пэ =

=5950об/мин; толщина стенки деталей основания ротора S = 3,5 см; плотность материала ротора /=8,0 ° 10 кгс/сек /см"; плот ность обоабатываемого продукта,Я,с =

= 1,12 10 . кгс/сек см4; внутренний диаметр ротора D = 46,0 см.

Определяем частоту вращения, эквивалентную режиму вращения ротора. жЯ ФИ вуД

, р-б

Р и.in% О/Е

ФГ ..ук

Лм о55,.46 о Я,/8

Х=/+Г =/ - - -Ц57

8, /8

+ в4 = /!Л 5950 l, ФЮ = 0050 l

2.2. Определяем частоту вращения заготовок деталей ротора при упрочнении по нижнему пределу при напряжении

=3000кгс/см и соответствующей остаточной деформации « =1,5о/о

И gy зооа

es мо, р s 1050

2.3. Определяем частоту вращения заготовок деталей ротора при упрочнении по верхнему пределу при g< >< — — 3300 кгс/cM2 и соответствующей остаточной деформации

Я с = 2,5о/о.

836149

2.4. Оптимальный режим упрочнения заготовок составляет

n> — — 8250 об/мин.

После проведения термомеханического упрочнения заготовок деталей в пределах установленных уровней остаточных деформаций механические свойства (кроме предела текучести) и характеристики вязкости разрушения материала заготовок и сохраняются, что обеспечивает надежную работу роторов в эксплуатации без образования

10 трещин и хрупкости разрушений. Например, сталь 04Х25Н5М2 имеет следующие ха рактеристики: предел текучести; 6yg кгс/мм2 50 — 55 временное сопротивление, ц кгс/мм / 65 — 70

15 относительное удлинение ц, /o 20 — 25

3 о относительное сужение /о, 50 — 60 максимальный критический коэффициент интенсивности напряжения К<, кгс/мм 500 — 620 щ ударная вязкость КСЧкг/см 20 — 28 работа сопротивления трещине при ударном изгибе КСТ, кгм/см 2 12 — 15

Сталь 08Х17Н13М2 имеет следующие хара еристики: ой — 22 — 24 кгс/мм — до упрочнения, 25 5

0 50-т — 30 — 33 кгс/мм — после упрочнения

Ъ вЂ” 50 — 60 кгс/мм — 35 — 40o/î У = 60 — 70î/î, КСV — 25 — 30 кгм/см, 30 КСТ вЂ” 18 — 25 кгм/см г.

Формула изобретения

Способ термомеханической обработки

35 сталей и сплавов, включающий термическую обработку и пластическую деформацию, отличаюигиш:я тем, что, с целью повышения предела текучести, пластическое деформирование проводя", в поле ценз робе1кных сил вращением заготовок вокруг своей оси до

40 получения. остаточной деформации 2 — 5о/о.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Глазунов С. Г. и др. Применение титана в народном хозяйстве, Киев, «Техника», 45 1975, с. 25.

2. Авторское свидетельство СССР № 143825, кл. С 21 D 7/14, 1960.

Редактор Т. Авдейчик

Заказ 2837/13

Составитель А. 3 ен нов

Техред А. Бойкас Корректор Г. Назарова

Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нзобретений и открытий! 13035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4