Способ обработки металлических конструкций

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ, при котором через заготовки или изделия пропускают импульсный электрический ток, отличающийся тем, что, с целью повышения конструкционной прочности, обработку импульсным электрическим током ведут с удельной энергией
q=(0,2...0,3) C_т T_pекp ,
где - плотность металла;
С_т - удельная теплоемкость;
Т_рекр - температура рекристаллизации металла.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам обработки металлических конструкций, и может найти применение в различных отраслях машиностроения.
Целью изобретения является повышение конструкционной прочности.
Технология способа состоит в следующем.
Заготовку или готовое изделие подвергают воздействию импульсного электрического тока. Удельную энергию тока q назначают из следующей формулы
q (0,2...0,3) Ст Т_рекр[Дж/м³], где - плотность металла;
С_т - удельная теплоемкость металла;
Т_рекр - температура рекристаллизация металла.
При пропускании импульсного тока через металлы наиболее интенсивная концентрация электромагнитного и, как следствие, температурного и силового полей возникает в устьях (вершинах) микродефектов структуры. Количество электрической энергии, рассчитанное по приведенной формуле, достаточно для затупления вершин дефектов в результате воздействия градиентов температур и термоупругих сжимающих напряжений в этих микрообластях. Это существенно снижает вероятность дальнейшего развития дефектов в эксплуатационных условиях, что эквивалентно уменьшению числа концентраторов напряжений и, следовательно, возрастанию конструкционной прочности. В то же время, это количество энергии является недостаточным для рекристаллизации во всей области дефекта, поэтому повышение пластических свойств оказывается незначительным. Описанный механизм имеет место при введении импульсного электрического тока заданных параметров.
Ведение процесса с величиной менее 20% потребной энергии не вызывает указанных эффектов вследствие низкого уровня концентрации в местах дефектов, а свыше 30% приводит к некоторому снижению прочности вследствие протекания диффузионных процессов, приводящих к возникновению зародышей рекристаллизации и появлению новых зерен.
П р и м е р. Были проведены эксперименты по повышению конструкционной прочностьи трубных образцов (Тр. 12х1х200) из стали 12Х18Н10Т. В экспериментах варьировались количество удельной электрической энергии q, величина предварительной деформации _пр и скорость (способ) охлаждения в воде или на воздухе. В качестве параметра оптимизации был выбран относительный предел прочности _в , представляющий собой отношение (в процентах) полученного при стандартных испытаниях на растяжение предела прочности _в к пределу прочности исходной серии образцов в состоянии поставки. В каждом опыте выполнялось три повторных определения (дубля).
Импульсный электрический ток вводился в образцы через токоподводы источника питания, включающего низковольтный трансформатор мощностью 180 кВт и управляющую аппаратуру (прерыватель сварочного тока ПСЛ-1200). Предварительная деформация образцов и их растяжение до разрушения после введения электрической энергии выполнялись на испытательной машине модели Р-100.
Значимые факторы и диапазоны их варьирования приведены в табл.1.
Был выполнен полный факторный эксперимент - 2^*. Матрица планирования эксперимента и средние значения параметра оптимизации для каждого опыта приведены в табл.2.
Линейная математическая модель, полученная после статистической обработки результатов эксперимента, имела вид
Y = 91,68 - 14,08X₁ - 0,60X₂ - 0,18X₃,
Последние два члена регрессии оказались статистически незначительными, в связи с чем крутое восхождение по поверхности отклика было выполнено при варьировании только значениями вводимой удельной энергии q в сторону ее уменьшения от основного уровня. Были выполнены один мысленный и четыре реальных опыта с тремя повторными определениями. Результаты опытов приведены в табл.3.
Анализ данных табл.3 показывает, что наибольшее увеличение относительной прочности составляет 8-10% и имеет место при количестве удельной электрической энергии q = 1-1,5 Дж/мм³. Это количество составляет соответственно 0,2-0,3 от энергии, при которой происходит наибольшее увеличение пластических свойств, что подтверждает диапазон численных значений коэффициента формулы для расчета q, приведенный выше.
Наряду с этим по указанной схеме проводились эксперименты на технически чистой меди и биметалле Ст.3 - 12Х18Н10Т, полученном сваркой взрывом.
Результаты экспериментов представлены в табл.4.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет повысить конструкционную прочность металлов на 8-10%, что обеспечивает уменьшение массы изготавливаемых из них деталей при тех же эксплуатационных нагрузках. Важными обстоятельствами являются также уменьшение расхода металла и сокращение затрат на обработку заготовок, что приводит к снижению стоимости изготовления деталей.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для обработки металлических конструкций в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение конструкционной прочности. Через заготовки или изготовленные детали пропускают импульсный электрический ток с удельной энергией, определяемой по формуле q=(0,2...0,3) C_т T_рекр [Дж/м³] , где - плотность металла; C_т - удельная теплоемкость металла; T_рекр - температура рекристаллизации металла. В результате концентрация температурного и силового полей возникает в устьях микродефектов и вызывает затупление вершин дефектов, что существенно снижает вероятность дальнейшего развития дефектов. Это эквивалентно уменьшению числа концентраторов напряжений. 4 табл.