Способ обработки отливок и конструкций из железоуглеродистых сплавов

Способ обработки отливок и конструкций из железоуглеродистых сплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к литейному производству и машиностроению, в частности касается снижения уровня остаточных натяжений в отливках и конструкциях путем нагружения их при термоциклической и вибрационной обработке. Цель изобретения - уменьшение времени обработки, повышение качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижение остаточных напряжений . Сущность изобретения заключается в том, что отливки и конструкции одновременно подвергают термоциклической и вибрационной обработке, причем вибрационное нагружение проводят только при нагреве и во всем диапазоне частот от самой низкой резонансной частоты со скоростью изменения частот между резонансными частотами 5,2-7,8 Гц/с, а при прохождении резонансных частот - 0,005 - 0,08 Гц/с. Термоциклирование осуществляют в интервале температур. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5Р 4 С 21 П 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3896451/22-02 (22) 15.05,85 (46) 07.04.87. Бюл. - 13 (71) Институт проблем литья АН УССР (72) В.Г. Горенко, П.В. Русаков, О.И. Шинский и Ю.А. Пронин (53) 658.512(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 403530, кл. С 21 D 1/04, 1971.

Патент ПНР 11 114486, кл. В 22 D 7/08, 1982. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТЛИВОК И КОНСТРУКЦИИ ИЗ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к литейному производству и машиностроению, в частности касается снижения уровня остаточных натяжений в отливках и констЗ0 1301850 А1 рукциях путем нагружения их при термоциклической и вибрационной обработке.

Цель изобретения — уменьшение времени обработки, повышение качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижение остаточных напряжений. Сущность изобретения заключается в том, что отливки и конструкции одновременно подвергают термоциклической и вибрационной обработке, причем вибрационное нагружение проводят только при нагреве и во всем диапазоне частот от самой низкой резонансной частоты со скоростью изменения частот между резонансными частотами 5,2-7,8 Гц/с, а при прохождении резонансных частот — 0,005

0,08 Гц/с. Термоциклирование осуществляют в интервале температур. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1301850

Изобретение относится к литейном, производству и машиностроению, в частности к вопросу снижения уровня остаточных напряжений в отливках и конструкциях путем нагружения их прп 5 термоциклической и вибрационной обработке.

Цель изобретения — уменьшение времени обработки, повышение качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижения остаточных напряжений.

Сущность изобретения состоит в том, что при нагреве или охлаждении,отливок или конструкций с определенной скоростью возникают и нарастают со скоростью, пропорциональной скорости изменения температуры, термические напряжения. При приближении к этим отливкам колебаний с измевяюшеися частотой, особенно при достижении частоты колебаний величин, соответствующих резонансным частотам опреде.— ленных частей отливок или конструк—

25 ций, наблюдается возникновение циклических напряжений, которые совместно с термическими слагаются с остаточными. Наличие фазовых преврашевий в выбранном температурном интервале термоциклирования и особенности строения 30 сплавов отливок, заключающиеся, например, в наличии графитовых включений в микроструктуре чугуна, вызывающих при нагреве и охлаждении возникновения упругопластических деформаций 35 и напряжений вследствие концентрации напряжений на концах графитовьгх включений и значительного различия физикомеханических свойств графитовых включений и металлической матрицы, также 40 оказывают значительное влияние IIa величину суммарных напряжений, I

Согласно теории термодиффузии угле— род в металлической матрице чугуна, как более тугоплавкий компонент, под воздействием термодиффузионного поте11циала стремится в направлении, противоположном тепловому потоку. Поэтому при увеличении скорости нагрева наблюдается ускорение процесса аустепизации, повышается температура Ас,, снижается Ас> и сужается интервал критических температур. При ускорении нагрева при достижении Ас< перлит начинает переходить в аустенит и его зерна прогреваются неполностью. Б ферритных зернах приток энергии извне увеличивает их температуру, они отдают часть сваей теплоты зернам аустеН,Td и тем самым у(коряют диффузик1 углерода K з(pIIdM феррита, HTQ об легчает H ускоряет дальнейшее протекание превращения, При малой скорости нагрева чугуна с ферритоперлитной металлической матрицей успевают произойти теплообмен между зернами феррита и перлита и они нагреваются одинаково, так как в этом случае мало сказываются различия теплофизических свойств фаз.

В результате того, что при охлаждении отливок наблк1дается наличие температурного градиента и благодаря этому прямая ликвация кремния, то при разработке режимоз термоциклической обработки, ссобенно с использованием допол IHTpJlьного вибронагружения, следует проводить при термоциклировании охлаждение значительно быстрее, чем нагрев.

С учетом термодиффузионных процессов основных элементов в металлической матрице при разработке способа пpHнято, что нагрев при термоциклировании проводится в 2,5-3,5 раза медленней, чем охлаждение, и вибропагружение прикладывается только в про. ессе нагрева. Зто обеспечивает .:овыпение пластических свойств ме— тал.-.ической матриць: особенно в зонах концентрации напряжений вокруг графитовых включений. Повыпение пла:". «I÷IIoñTH в зонах концентрации напряжений связано с уменьшением ликвапии элементов и в первую очередь кремния в этих зонах.

Принятие трех-шес тикратного нагреза и охлаждения отливок при тер— моциклировании обус 1овлено тем, что

1ри двухкратном термоциклировании получается малая степень снижения уровня напряжений в от:.-1вках и недостаточная стабилизация их размеров, а при принятии боль111е шести термоциклов дальнейшего снижения уровня напряжений и стабилизации размеров отливок не наблюдается. 3ибронагру-,кение проводят в про— цессе нагрева отливок в определенном температурном интервале. На практике температурный интервал термоциклического виб ронагружения может быть в довольно широких пределах. Температурный интервал может быть выше

Ас>,, в интервале Ас1-Ac>, в интерва

:1е

Вибронагружение отливок и конструкций проводят путем изменения ча- 5 стоты от первого резонансного пика до частоты третьего-пятого резонансного пика, а повышение и уменьшение частоты вибрации проводят при цикле нагрева с уменьшением скорости изменения частоты или остановками при резонансных пиках, при этом при цикле охлаждения вибраобработку не про— водят. Длительность виброабработки отливок при резонансных пиках зависит от величины максимума резонанс-! ного пика. Чем больше величина пика, тем больше выбирается время вибрационнай обработки при резонансной частоте.

Количество подъемов частоты в выбранных переделах частот (между первым и третьим-пятым резонансными пиками) зависит ат длительности процес25 са цикла нагрева отливки. Обычна в процессе нагрева отливки проводят

4-8 циклов подъема и снижения частот в выбранных пределах частот.

Если вибронагружение проводят при

30 термоциклировании при полном или частичном прохождении фазовых превращений в интервале температур Ас -Ас, то при прохождении резонансных пиков виброабработка может проводиться с изменяющейся частотой со скоростью 35

0,005-0,08 Гц/с, а при термоциклировании в интервале температур Ас, температура перехода металла в упругое состояние резонансная виброабрабатка может проводиться с изменяю40 щейся частотой со скоростью 0,0020,04 Гц/с. Увеличение пределов скорости изменения частот при высоких температурах связано с увеличением

45 расплывчатости резонансных пиков, с повышением температуры вибронагружения. Если скорости изменения частот при прохождении резонансных пиков соответственно меньше 0,005 и 0,002 Гц/с, 50 то за время нагрева успевают провести меньше 4 циклов вибронагружений в выбранных пределах частот, а если скорость соответственно больше 0,08 и 0,04 Гц/с, то количество циклов вибранагружений превышает 8 циклов и не дает дальнейшего уменьшения уров ня остаточных напряжений и стабилизации размеров отливок.

При подъеме и снижении частоты в процессе термоциклиравания между pe",îíàHñíûìè пиками проводят со скоростью 5,2-7,8 Гц/с н интервале темпепатур Ас,-Ас или са скоростью 7,510,5 Гц/с в интервале температур Ас температура перехода металла в упругое состояние, Скааость изменения частат между резонансными пиками зависит ат конструкции и массы отливки, материала, из которого ана изготовлена, температурного интервала вибронагружения, конструктивных особенностей вибровозбудителя и целого ряда других факторов. Исследования показывают, что минимальная скорость изменения частот между резонансными частотами соответственно 5,2 и 7,9 Гц/с является оптимальной для массивных отливок сложной конструкции с большой толщиной стенок, а максимальная скорость соответственно 7,8 и

10 5 Гц/с является оптимальной для тонкостенных отливок малой жесткости.

С повышением температуры ниброабрабатки скорость изменения частот уменьшается, так как тратится большая энергия для введения отливок или конструкций н колебательное движение.

Чем выше температура отлинки при нибранагружении и чем выше скорость нагрева, тем больше скорость релаксации напряжений. Это объясняется тем, чта с увеличением температуры повышаются пластические свойства металлической основы материала отливок. При увеличении скорости нагрева появляются температурные перепады между отдельными частями отливок, что увеличивает уровень нременных и суммарных напряжений. Суммарные напряжения, складываемые из временных, термических и вибрационных нагружений, усугубляются концентрацией напряжения на концах графитовых включений. причем величина коэффициента концентраций увеличивается с повышением уровня изменяющихся напряжений, например напряжений, вызванных вибронагружением.

При нагреве с оптимальной скоростью наблюдается уменьшение концентрации кремния, магния и других элементов, ликвирующих в зонах вокруг графитовых включений и уменьшающих пластические свойства этих зон. Повышение пластичности металлической основы в зонах концентрации напряжений

1301850 приводит к облегчению протекания пластических деформаций, а значит, и релаксации напряжений. Наличие вибронагружения способствует ускорению протекания процессов как термодиффузионных, так и деформационных. Поэтому вибронагружение с оптимальными параметрами приводит к получению определенной степени деформации в зонах концентрации напряжений, что 10 позволяет уменьшить способность материала к деформации под действием нагрузок, а это позволяет стабилизировать размеры отливок при эксплуо атации.

f5

Пример. Исследование влияния известного и предлагаемого способов уменьшения уровня остаточных напряжений в сложных отливках и конструк циях из желеэоуглсродистых сплавов проводят на отливках корпуса балансира в условиях опытного производства.

Отливку (корпус спаренного балансира) изготовляют из серого чугуна марки С420. Основные габаритные размеры этой отливки следующие: диаметр 1085 мм и высота 465 мм при преобладающей толщине стенок 15 мм. Черновая масса отливки 123 кг.

Результаты проведенных исследова— ний представлены в таблице.

Ю

Ю

Ю

СО л и . «

С») л л О СО с л

СЧ

Ю

Ю О л

С 4 О

СЧ л

СО

СЧ

Ю ю л

CO и ° «

О О л л CO

С 1 СО

Ю л ь сО л

С \

СЧ

О1 л

СЧ О ь

СО г»

Ю о\ л о

СЧ 3Л л л О

С

СЧ

Ю л

Я

°

СС!

СЧ л л

С 4 О

Ю

Ю LPI и о1 л о

«

СЧ

Ю

Ю ь

С»1 «»

Ф ° л О

М ж

М

E 1 о

cd 1 и о и

I и

CO Ch л л О О

С 1 О

СО

Ю л

Ю О л

СЧ

< ! и

СС

Ю

Ю

1

СЧ

Л О

С»!

С )

0 Ъ

СЧ

cd I

9, I

cD )

В 1

Е

С».

НЮ

r> e

+ + фЮ

u u

Ю

Ю л

Ch л л

СО

С 1! к л

СЧ СЬ О СЧ

СС л

C)

СС1 ь

Ю л

О 1 л л

CO Ch

С 1! л

СЧ О

СЧ 1

C)

СО

Ю

C) л

Ю.

Р ) л а О СО

С» -

С") в

СЧ О

1 о!. д, о !

О ж !

0 С»

cd о и

Э о

Р !

» и ж

cd к о

Э

И

1» о !

" о

cd р

>Я! Ж.0

1 Д Э A Э

cd Ж !С Э жо2 хо

i» k g E»

C; I. O

Э и э о са ОCd SOO

cd И о о о

10 0!

1301850

1!!!к о ОgdI ВФ й

С!,0! О Е

Э Э

Х э щ . о р« ж ж

mж и о м

Ц Ж» о я !

0 Ц

5м Й

1 О» Э о э

Е в и и ! о о о йы

5 о

+ lO о са

1» С4

О !О !

0 о

1 Э

Ж О. .

O o cd

СС! Е» Ж эоо

p L О о х3!

0 О!

» о

Э U

5ok

tk х ж

Ф

v о

Р о

М

О 1301850

О» 0 о ю л л

o o

1 + О л ь

< 1 л о

Ch

ОЮ л л юь

1 +

О л ь

СО

Ю

Ю О л о

Ch

Ю Ю л л

Ю Ю

1 +

СО и л ь л

Ю о (1 л о

О

Ю Ю л л

Ю Ю

I + Г о о О

Ю

04 л

1

Ch

o o л л

o o

I + (Ч

О"1

Ю л

Ю о

00 л л

i о «

ЮЮ л л

o o

Ю л

03 л и (У л

Ю с4

1

О 1 0 ю ь л л

o o

+ ("1 О л о

Г) л

Р") л

Ю (Ch ю о л л

Ю Ю

+ л

4 о

Ю л

Ю л

ГЧ

i

О1 4

o o л л

o o

1 +

01

Ю

Ю л о

О О л

СО

С 4 л

:l

1 л х

И о

td а

1О о

>х о х х о х

И с0 а

Р ) х

Р . х о а и

Ь

Х

Clj а б х л х

g 3 и о

v u

1 о х

Ф а о и х

A Qj (л о а

А

Ц Х л

Э М

1-Оо х 4 д

В о х о

4О х c(j а

И О у о х я а

И

Ql

Д х х х х х п

Х

1О X л о

1Л

С( а

0О Ю ю о

)х a а х

F x

QI O е х

01 1 х х

1О о х х

I а I х о Qj х о ххи а о с, Х Х 1 <б

2 х ох 3 о

13 1 4

Ы1- О

ОООО Х ю х х х о х о х ххах

Х О

F Ql 1О

QIoЕХ

1О О Х Х х

Х 0О х ю о— а

Х о

1301850

l2 ном сокращении длительности вибронагружения отливок с 0,8 до 0,50,6 ч.

Формула и з о б р е т е н и я

Составитель А. Кулемин

Техред Л.Сердюкова

Корректор И. Эрдейи

Редактор С. Пекарь

Заказ 1193/27 Тираж 550

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул.,Проектная, 4

В таблице режимы 1 и 2 соответствуют известному способу, режим 3 содержит два циклических нагрева-охлаждения и вибронагружение при частотах первого и второго резонансного пика, режим 9 содержит семь циклов нагрева-охлаждения и вибронагружение при частотах от первого до шестого резонансных пиков, причем изменение частот между резонансными пиками про10 водят со скоростью 10,6 Гц/с, а при прохождении резонансных пиков — со скоростью 0,042 Гц/ с, режимы 4-8 соответствуют предлагаемому способу уменьшения уровня остаточных напряжений в сложных отливках и конструкциях по всем параметрам.

Из приведенных в таблице данных видно, что по сравнению с известным

20 способом предлагаемый способ позволяет снизить уровень максимально остаточных напряжений в исследуемых отливках с 62,5-62,9 до 23,6-25,3 МПа и уменьшить величину деформаций отли25 вок по диаметру 1085 мм с 0,25 -0,28 до 0,06-0,08 мм.

Применение предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет значительно уменьшить деформацию отливок и повысить их геометрическую и размерную точность при одновремен1. Способ обработки отливок и конструкций из железоуглеродистых сплавов, включающий термическую обработку и одновременное вибрационное нагружение при резонансных частотах, о т л и ч а ю K H é с я тем, что, с целью уменьшения времени обработки, повышения качества путем стабилизации размеров отливок и конструкций и снижения остаточных напряжений, термическую обработку. проводят термоциклированием, вибрационное нагружение осуществляют в процессе нагрева от самой низкой резонансной частоты до 3-5-кратной величины ее с переменной скоростью изменения частоты.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что термоциклирование проводят в интервале температур Ас,—

Асд, вибрационное нагружение осуществляют со скоростью изменения частоты между резонансными частотами 5,27,8 Гц/с, а при прохождении резонансных частот — 0,005-0,08 Гц/с.