Способ термомеханической обработки стальных изделий

(19) (1 0 8/00 ЕНИЯ К А и днако известнк сплавам спменйм к стали сда, так как приределах материдля данных сплакРитических нти при круччивости понимеформации принии сдвига,тольк не пр углер ных и того, вени .чиво устой ростд пряж ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(72) Р.А,Арутюнян и В.М.Чебанов Изобретение относится к области механики деформируемого тела. а именно к сопротивлению материалов, и может быть использовано в машиностроении и строительной индустрии для повышения устойчивости и прочности конструкций и их элементов, работающих на скручивание,Известен способ термомеханической обработки сплавов, в котором изделие предварительно подвергают нагреву до температуры на 10-15 ниже температуры плавления сплава, затем производят обжатие от 15 до 60 в одном направлении, При этом улучшается структура сплавов, повышается их прочность и упругие свойства. ый способ применим ециального состава и низким содержаниемдеформации в указанл разрушается, Кроме вов неизвестно повыагрузок потери устойнии. Под потерей ают стремительный почти неизменном на(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ(57) Использование: повышение эксплуатационных характеристик тонкостенных изделий иэ низкоуглеродистой стали за счет повышения напряжения потери устойчивости, Сущность изобретения; изделия подвергают холодной пластической деформации сдвига величиной 0,5 - 1,07 ь, затем нагревают до 100-300 ОС, выдерживают при этой температуре в течение 2 ч и охлаждают, 3 табл. Известен способ термомеханической обработки стали, а именно мартенситностареющей стали, в котором с целью улучшения структурыи деформационно-прочностных свойств материала производят обработку последовательно холодной пластической деформацией до 60, нагревом до 70 С, вторичной деформацией в холодном состоянии до 30 и старением в течении 3 ч при 500 ОС.Недостатком известного способа является неприменимость его к низкоуглеродистым сталям ввиду режимов обработки, кроме того, для данных сплавов не известно повышение критических нагрузок потери устойчивости при кручении.Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик изделий, работающих на кручение, за счет повышения напряжения потери устойчивости.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термомеханической обработки стали, включающему холодную пластическую деформацию, нагрев, выдержку при,заданной температуре и охлаждение,пластическую реформацию осуществляют путем сдвигэ величиной 0,5-1%, нагрев ведут до 100 - 300 С, а выдержку проводят в течение 2 ч,Предлагаемый способ термомехэнической обработки низкоуглеродистой стали существенно отличается от известных способов тем, что величина предварительной пластической деформации сдвига является малой, незначительно превосходящей деформацию на пределе текучести, а выдержка производится при относительно малых температурах, Таким образом, доминирующим является эффект стэрения с выделением частиц второй фазы.Выбор интервала остаточной деформации 0,5 - 1% можно считать оптимальным, так как ниже 0,5% деформации эффекты .стэрения не проявляются достаточным образом, а при превышении 1% деформации образцы теряют устойчивость, В то же время внутри этого интервала остаточной деформации для фиксировэнного уровня темперэтуры старения) наблюдается устойчивая картина прироста напряжения потери устойчивости. Строят график зависимости напряжения потери устойчивости т,у от остэточной деформации уолт. Полученная кривая относится к серии опытов. в которых проводят старение образцов втечение 2 ч при 200 С,Строят график температурной зависимости напряжения потери устойчивости пу, Величина остаточной деформации в этих опытах равна 0,6%. При температуре ниже 100 С эффекты старения (для фиксированного времени старения) проявляются медленно, а выше 300 С начинают работать механизмы обратного растворения, что сопровождается ухудшением свойств материала.Способ осуществляют следующим образом.Трубчатые образцы из низкоуглеродистой стали (Ст,-3), имеющие внутренний диэметр 22 мм, наружный 23 мм и длину рабочей части 110 мм, испытывают на кручение в специальном приспособлении, которое смонтировано на прессе Амслерэ, Кручение производят до относительного пластического сдвига 0,5-1% со скоростью закручивания 5 кг/м/мин, Затем с этой же скоростью крутящий момент сбрасывают и образец помещают в термостэт, где нагревают до температуры 100-300 С со скоростью 10 град/мин, При этой температуре образец выдерживают в течение 2 ч, затем нагрев прекращают, после чего образец остывает до комнатной температуры вместе стермс татом, После окончания обработки образец используют в нужных целях,П р и м е р 1, Часть трубчатых образцов диаметром с 4 нутр, = 22 мм, бедру)кн, = 23 мм и длиной 110 мм подвергают скручиванию до потери устойчивости со скоростью 5 кг/м/мин. Касательные нэпряжения т имеют следующие значения: 0;4;6,7;9,4;12;14;14,6;15,3 кгс/мм, Им соответствуют следующие величины деформации 5 10 сдвига; 0;0,1;18;0,23;0,3;0,5;0,9; э при величине т = 15,3 кгс/мм отмечена потерей2устойчивости (без старения),П р и м е р 2. Партию образцов по при 15 меру 1 подвергают холодной деформациискручиванием до относительного сдвигэ,равного 0,5 - 1%, со скоростью 5 кг/м/мин.Зэтем образцы с этой же скоростью разгружают и половину партии. помещают в термо 20 стэт, где нагревают со скоростью 10град/мин до 100-300 С, При этой температуре образцы выдерживают 2 ч, затем выключают термастат для инерционногоостывания образцов, После этого образцы25 подвергают скручиванию до потери устойчивости,Для половины партии, не прошедшейстарения и подвергнутой только холоднойдеформации, получают следующие резуль 30 таты: при напряжении сдвигэ т, равномупоследовательно 0;5,2; 7,9; 11,8; 14,5; 15,8кгс/мм и далее полная разгрузка получают2следующие величины деформации: О, 0,2;0,26, 0,3; 0,42, 1,22 соответственно, и при35 полной разгрузке величина остаточной деФормации равна у = 0,6%.Вторую половину партии, прошедшаястадию холодной деформэции и имеющаяостаточную деформацию 0,6%, подвергают40 старению при 300 С в течение 2 ч, послечего образцы испытывают до потери устойчивости после старения.При касательных напряжениях т, равных последовательно О; 3,9; 6,6; 9,2; 11,8;45 14,5 15,84; 17,8; 18,1 кгс/мlмм, величинадеформации сдвига составляет соответственно О;0,13; 0,23; 0,31; 0,38: 0,45; 0,51;0,57%, а при величине напряжения сдвига7= 18,1 кгс/мм отмечена потеря устойчиво 250 сти образца,П р и м е р 3, Образец по примерУ 1подвергают холодной деформации кручением до относительного сдвига т, равногопоследовательно О, 2,51; 3,76; 6,28; 8,78;55 11,30; 12,53, 13,80; 14,43; 14,46 кг/мм 2 идалее полная разгрузка, получают следующие величины деформации у: 0; 0,08; 0,12;0,20;0,28; 0,34; 0,39; 0,56; 0.78% соответственно, а при полной разгрузке величина остаточной деформации равна 0,46- 0,50 .Образец, прошедший стадию холодной деформации и имеющий остаточную деформацию 0,46, подвергают старению при 100 С в течение 2 ч, после чего испытывают на потерю устойчивости после старения.При касательных напряжениях г, равных последовательно: 0; 2,51; 3,76; 6,28;8,78; 10,04; 11,30; 13,80; 15,06; 15,49; 15,59 кгс/м/мм величина деформации сдвига составляет соответственно: 0; 0,06; 0,14; 0,23;0,28; 0,36; 0,38; 0,44; 0,51; 1,310 , а при ве личине напряжения сдвига х = 15,59 кгс/мм отмечена потеря устойчивости,Результаты испытаний образцов до потери устойчивости без старения приведены в табл,1.П р и м е р 4, Образец 2, как в примере 1, подвергают холодной деформации скручиванием до относительного сдвига на кручение в области пластической деформации 1,07 со скоростью 5 кг/м/мин. При напряжении сдвига т, равном последовательно;0;2,46; 3,69; 6,15; 7,38; 9,84; 12,30; 13,53;14,76; 15,99; 16,24 кгс/мм и далее полная разгрузка (с той же скоростью), получают следующие величины деформации у: О;0,07; 0,11; 0,20; 0,23; 0,31; 0,36; 0,40; 0,44;0,76; 1,660 соответственно, и при полной разгрузке величина остаточной деформации у= 1,07%,Затем образец 2, прошедший стадию холодной деформации и имеющий остаточную деформацию у = 1,07 , подвергают старению при 100 С е течение 2 ч, после чего образцы испытывают на потерю устойчивости,При касательных напряжениях т, равных последовательно 0; 246; 3,69, 6,15; 7,38;9,84; 12,30, 14,76, 15,99,17,64; 17,74; 17,78 кгс(мм величина деформации сдвига составила соответственно: 0; 0,06; 0,14; 0,23;0,29; 0,37; 0,45; 0,54; 0,56; 0,68 1,010 , а при величине напряжения сдвига т = 17;78 кгс/мм отмечена потеря устойчивости образца,Результаты испытаний образцов послехолодной пластической деформации приведены е табл.2.Результаты испытаний образцов до по тери устойчивости после старения при300 С в течение 2 ч при остаточной деформации 0,60 приведены в табл.З.Технико-экономическая эффективностьпредлагаемого способа заключается в суще О стеенном повышении несущей способностиконструкций, е которых использудтся низко- углеродистые стали, обработанные предлагаемым способом, Эксперимейтальным путем установлено достигнутое повышение 15 этой характеристики на 18,3%, в то времякак прототип не позволяет достичь такой устойчивости на низкоуглеродистых сталях из-за того, что при указанных в ней режимах обработки образцы разрушаются, Таким об разом, предлагаемый способ позволит увеличить несущую способность элементов конструкции при меньшей затрате материала или повысить предельно допустимые нагрузки при тех же размерах, Кроме того, 25 появляется возможность испольэовать низкоуглеродистые стали беэ специальных добавок, повышающих предел устойчивости, Достигаемое повышение эксплуатационных характеристик оказывается малочувст еительным к незначительным колебаниямуглерода е сплаве. Формула изобретения Способ термомеханической обработки 35 стальных изделий, преимущественно тонкостенных из низкоуглеродистой стали, включающий холодную пластическую деформацию, нагрев, выдержку при заданной температуре и охлаждение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияэксплуатационных характеристик изделий, работающих на кручение; за счет повышения напряжения потери устойчивости, холодную пластическую деформацию.45 осуществляют путем сдвига величиной 0,51,00 , нагрев ведутдо 100-300 С, а выдержку проводят в течение 2 ч.Таблица 11749260 Таблица 2 ц мации при почти неизменнии сдвига,Редактор Н.Гунь Заказ 286 ТиражПодписное .ВЙИИПИ Государственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 И Пройзводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин Пр ном на Составитель Р.Арутюнян ехред М.Моргентал Корректор И.Муска