Способ обработки изделий из конструкционных металлических материалов

Способ обработки изделий из конструкционных металлических материалов

Реферат

Заявляемое изобретение относится к области обработки сплавов черных и цветных металлов, а более конкретно к повышению конструктивной прочности конструкционных металлических материалов и изделий из них.

Применение воздействия нестационарных газовых потоков (газоимпульсная обработка) может существенно повысить конструктивную прочность деталей машин и других изделий, изготовленных из конструкционных металлических материалов традиционных марок.

Механические волны, возникающие в металлическом изделии при воздействии на него пульсирующим газовым потоком, способны оказать значительное влияние на подвижность дислокаций, напряженное состояние, а стало быть, и механические свойства материала детали.

Вместе с тем, при упрочнении металлических материалов и изделий с использованием газовых потоков необходимо ориентировать обрабатываемое изделие относительно воздействующего потока с учетом направления будущих рабочих нагрузок. Устранение возникающей при этом в изделии анизотропии механических свойств будет способствовать дальнейшему повышению его эксплуатационной стойкости.

Известен способ термической обработки, которому подвергают изделия или заготовки из двухфазных титановых сплавов (см. патент RU 2255137 С1, 27.06.2005 г. Бюл. №18). Образцы из сплава ВТ14 в исходном состоянии, предварительно подвергнутые отжигу, закалке с температуры 850-880°С в воде или закалке и старению при температуре 480-500°С в течение 12 часов нагревают до температуры 0,5-0,8 от температуры старения и после выдержки помещают в камеру газоструйного генератора звука, где они охлаждаются под действием нестационарного воздушного потока и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления 140-160 дБ в течение 4-5 минут. В результате данного способа обеспечивается повышение прочности до 1,3 раза без снижения пластичности.

Основным недостатком способа является закалка в таком интенсивном охладителе, как вода, создающем значительный градиент температур по объему изделия, что приводит к поводке, а также необходимость дополнительной технологической операции нагрева, делающей термическую обработку сложной и дорогостоящей.

Известен способ термической обработки изделий из конструкционных сталей (патент RU 2422540 С1, 27.06.2011 г. Бюл. №18), включающий нагрев изделия до температуры аустенизации, охлаждение до температуры превращения аустенита в ферритоцементитную структуру и последующее охлаждение пульсирующим газовым потоком, обладающим скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ. В результате подобной термической обработки обеспечивается в сочетании повышение показателей пластичности, ударной вязкости, а также прочности конструкционных качественных углеродистых и экономнолегированных сталей.

Основным недостатком данного известного способа термической обработки является невозможность его применения к готовым нормализованным изделиям без дополнительного нагрева, а также потребность в размещения нагревательных печей вблизи установки, создающей пульсирующий газовый поток и технологические сложности, связанные с необходимостью быстрых перемещения из печи в установку и крепления там обрабатываемого изделия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ повышения конструктивной прочности путем нормализации с последующей газоимпульсной обработкой в холодном состоянии, применимой, в том числе, к готовым стальным нормализованным изделиям (Иванов Д.А. Воздействие газоимпульсной обработки на структуру и механические свойства нормализуемых сталей // Технико-технологические проблемы сервиса. - СПб., 2013, №3, с. 21-22.). Повышение значений показателей пластичности, ударной вязкости, а значит, и надежности конструкционных металлических материалов в сравнении со стандартной термообработкой достигают тем, что стандартно термообработанные изделия обрабатывают пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре.

Основным недостатком данного известного способа является то, что повышение надежности обеспечивается лишь в одном направлении, в то время, как изделие при эксплуатации может испытывать нагружения в двух и более направлениях.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить значения показателей надежности термобработанных конструкционных металлических материалов и изделий из них вне зависимости от направления эксплуатационного нагружения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе повышения конструктивной прочности конструкционных металлических материалов и изделий из них стандартно термообработанные изделия обрабатывают пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре последовательно в двух и более направлениях, до обеспечения изотропии свойств относительно направлений испытываемых эксплуатационных нагружений.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить значения показателей надежности термобработанных конструкционных металлических материалов и изделий из них вне зависимости от направления эксплуатационного нагружения.

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом: стандартно термообработанные изделия размещают на выходе из успокоительной камеры установки, генерирующей колебания параметров газового потока в диапазоне частот, соответствующем прототипу, и обрабатывают пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре последовательно в двух и более направлениях, до обеспечения изотропии свойств относительно направлений испытываемых эксплуатационных нагружений. Обработка изделия пульсирующим газовым потоком в одном направлении составляет 10-20 минут. Суммарная продолжительность обработки зависит от геометрических параметров изделия и условий его эксплуатации. Количество направлений обработки подбирают исходя из геометрии изделия в комплексе с характером его нагружения.

Так, в случае изделий из стандартно нормализованной стали 40, обработанных последовательно в продольном и поперечном направлении, значение показателей ударной вязкости, благодаря воздействию механических волн, генерируемых в изделии пульсациями газового потока, на дислокационную структуру стали, для этих направлений одинаковы и на 23% превышают максимальные значения, полученные при односторонней обработке, повышая тем самым надежность стальных изделий как в продольном, так и в поперечном направлении.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить значения показателей надежности термобработанных конструкционных металлических материалов и изделий из них вне зависимости от направления эксплуатационного нагружения.

Способ обработки изделий из конструкционных металлических материалов, включающий обработку стандартно термообработанных изделий пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре, отличающийся тем, что обеспечивают изотропию свойств путем обработки пульсирующим газовым потоком последовательно в двух и более направлениях эксплуатационных нагружений в течение 10-20 мин в одном направлении.