Способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов

Союз Советских Социалистических Республик) 2887653/25 В 21 С 25/00 В 21 С 25/10 соединением заявк Гесударствеииый комитет СССР по делан язебретеиий(72) Авто ан, Г ии и Л зоорете сковскии вечернии металлургическии инстит 1) Заявител(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТЕЙНЕРА ЛЯ ГРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ2 Изобретение относится к обработке металлрв давлением и может быть использовано при изготовлении контейнеров, предназначенных для горячего прессования металлов и сплавов с нагревом для температур, при которых материал втулок контейнера проявляет релаксационные свойства.Известные способы изготовления многослойных (многовтулочных) контейнеров для горячего прессования заключаются в том, что эти контейнеры собирают из двух или нескольких втулок (колец), посаженных друг на друга с натягом, т. е. запрессованных друг в друге 1.В материале втулок такого контейнера, нагретого до рабочей температуры и нагруженного рабочим давлением прессования, как правило, активируются релаксационные процессы. Они выражаются в том, что натяги и, соответственно, контактные напряжения (давления), вызываемые этими натягами на посадочных поверхностях втулок, уменьшаются с течением времени. Ослабление натягов ведет к нежелательному перераспределению внутренних напряжений в теле контейнера, снижающего стойкость последнего. Недостатки устраняются путем увеличения количества втулок контейнера, за счет чего достигается уменьшение напряжений по его объему, и изготовление втулок из высокопрочных материалов, обладающих повышенной термической и релаксационной стойкостью. Однако увеличение количества втулок контейнера или применение для их изготовления материалов, обладающих улучшенными физико-механическими характеристиками, часто ведет к повышению стоимости конструкции.Известен способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов методом запрессовки рабочей (внутренней) втулки в корпус (наружную втулку) с заранее определенным номинальным натягом посадки. Затем производят нагрев 15 контейнера до рабочей температуры и выдержку при рабочем давлении 2.Прочность такого контейнера характеризуется величинами эквивалентных напряжений, которые вычисляются для момента нагружения контейнера рабочим давлением ф прессования.При этом наибольшие эквивалентные напряжения имеют место на поверхности отверстия рабочей втулки и на посадочной902883 х = 245 3поверхности корпуса. Результатом действия контактного давления, вызванного натягом, является понижение эквивалентных напряжений на поверхности отверстия рабочей втулки и повышение их на посадочной поверхности корпуса,Поэтому номинальный натяг посадки втулок задают таким, чтобы эти напряже. ния не превышали допустимого, Таким об. разом, номинальный натяг обуславливает требуемый характер распределения напряжения по объему контейнера, и прочность последнего считается обеспеченной.Но в результате процессов релаксации напряжений, протекающих в материале втулок при рабочей температуре контейнера, номинальный натяг и, соответственно, номинальное контактное давление через некоторое время снижаются. Поэтому распределение напряжений по объему контейнера перестает соответствовать заданному, и прочность контейнера может оказаться. неудовлетворительной. Следовательно, рассмотренный способ изготовления контейнера не гарантирует получения надежной конструкции.Цель изобретения - повышение прочности контейнера.Цель достигается тем, что втулки запрессовывают с натягом, превышающим номинальный на величину снижения напряжения при релаксации, а выдержку под рабочим давлением осуществляют в течение времени релаксации до снижения напряжения до номинальной величины натяга.По истечении выдержки контейнер можно пускать в эксплуатацию, т. е, нагружать рабочим давлением прессования.Пример. Требуется йзготовить двухслойный контейнер для горячего прессования при рабочей температуре 500 С и давлении прессования Р = 25 кгс/мм со следующими конструктивными размерами, мм:Радиус отверстия рабочей втулки а = 100 Радиус посадочной поверхностиНаружный радиус корпуса в = 600 Номинальный натяг посадки втулок 3= 0,65 Этим размерам соответствуют следующие значения коэффициентов.А = 2,06; В = 2,40; С = 0,34; Р = 2,40.В качестве материала втулок используют сталь ЗОХМ; механические свойства которой при 500 С известны: 6, = 43 кГс/мм, 6 -- 51 кГс/мм, Допускаемое напряжение6для этой стали принимается равным 35 кГс/мм. Модуль нормальной упругости Е для стали ЗОХМ при 500 С составляет 1,48:104 кГс/мм. Релаксационные свойства стали ЗОХМ при 500 С определяется по экспериментальным кривым релаксации. Каждая кривая релаксации состоит из двух участков: участка интенсивной релаксации в п 1 (30 ч и участка умереннойрелаксации в п 130 ч. На участке умеренной релаксации напряжения практически постоянны, поэтбму величина релаксации для стали ЗОХМ при 500 С представ лает собой разность начального напряжения(0) и напряжения 6 (30), оставшегося в образце через 30 ч после началй испытаний. На участке интенсивной релаксации за 30 ч начальные напряжения от уровней 30,8; 25,92; 20,0 и 14,1 кГс/ммснижаются соответственно до уровней 12,5;11,8; 10,0 и 7,5 кГс/мм. Отсюда получаются следующие значения величины релаксации напряжений 6 (0) - б (ЗО): 18,3;14,12; 10,0 и 6,6 кГс/мм. Коэффициент К 15 соответствует значению Е = 1,48 104 кГс/мма также приведенным выше размерам контейнера, равен 10,79.По этим исходным данным вначале определяют номинальные параметры контейнераа) номинальное контактное давлениеРкн = К бн -- 10,79 0,65 = 7,01 кГс/м;б) номинальные эквивалентные напряжения для рабочей втулки и корпуса контейнера25 6= А Р - В Р= 2,0625 -- 2,4 7,01 = 34,7 кГс/ммэ= С Р + ОРн = 0,34 25 + 2,47,01== 25,3 кГс/мм.Затем проверяют условие прочности контейнера с номинальными параметрами6,4, = 6 э = 34,7 МГс/ммб == 35 кГс/мм.Далее определяют параметры, необходимые для изготовления контейнера. чтобы всобранном контейнере по истечении 30-тичасового периода интенсивной релаксацииполучить номинальное контактное давлениеР , сборочное контактное давление Рпринимают повышенным относительно Рна известную величину релаксации, составляющую в данном случае 6,6 кГс/мм, пос 4 о кольку д (О) = 14)1 КГС/мм и 6 (30) =+ (14,1 - 7,5) = 13,61 кГс/мм 2,Сборочный натяг, соответствующий по лученному значению РкЗначение Р= 1331 кГс/мм подставляют в формулу (8), считая рабочее давление прессования неизвестным, т, е. полагаяР = Р и приравнивая все выражение допускаемому напряжениюС Р + В Р =Из последнего выражения находят неизвестное внутреннее давление 55 Р 61 0 к 56-2,48,61 6 9 к 1 с/мих С ОЗ+Затем производят сборку контейнера с натягом посадки втулок Я = 1,26 мм, Соб9028836контейнера уменьшенных габаритов, веса истоимости. Формула изобретения 5ранный и нагретый до рабочей температуры контейнер нагружают внутренним давлением Р= 6,9 кГс/мм, после чего производят выдержку контейнера при этом внутреннем давлении и рабочей температуре 500 С в течение 30 ч. За это время сборочное контактное давление Рк = 13,61 кГс/мм, сооответствующее натягу 1,26 мм, снизится приблизительно до 7 кГс/мм, что соответствует номинальному натягу 8 н= 0,65 мм. В итоге параметры контейнера соответствуют,номинальным, и он готов к эксплуатации при заданном рабочем давлении прессования Р = 25 кГс/мм 2.Предлагаемый способ изготовления контейнера позволяет полностью компенсировать релаксационное снижение натягов (контактных давлений) на посадочных поверхностях втулок контейнеров, чем обусловливается заранее заданное благоприятное распределение натяжений по объему контейнера и, следовательно, повышение его стойкости, и исключить увеличение количества втулок контейнера, что нередко вызывается необходимостью компенсации релаксационного снижения натяга за счет снижения уровня сборочных контактных напряжений, следовательно, возможность изготовления 5Способ изготовления контейнера для горячего прессования металлов и сплавов путем запрессовки с натягом одной втулки вдругую и последующего нагрева контейнера до рабочей температуры и выдержки при1 О рабочем давлении, отличающийся тем, что,с целью повышения прочности контейнера,втулки запрессовывают с натягом, превышающим номинальный на величину снижения напряжения при релаксации, а выдержку при рабочем давлением осуществляют в15течение времени релаксации до снижения напряжения до номинальной величины натяга.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Яновой Н. И. и др. Тепловые процес 20 сы при обработке металлов и сплавов давлением. М., Высшая школа, 1973, с.553 в 5.2. Жолобов В, В. и др. Инструмент длягорячего прессования металлов. М. - Л.,Машиностроение, 1965, с. 39 (прототип).Составитель В. Волков Редактор С. Титова Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга Заказ 12510/1 О Тираж 841 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4