Способ механико-термической обработки полых изделий

ОЛ ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 03.01,75 (21) 2092379/О 2 1 3 1/78 1 3 7/14 21 3 9/08 присоединение;н ааявки Ъ Государственный коцит Совета Министров ССС по делам нзаоратений и открытий, Лариков, А. И. Носарь и М,(72) Авторы изобретен и Институт плоФизики АН Украинской СС(54) ОБ МЕХАНИКО ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ 2 Изобретение относится к области термической обработки изделий из стали и сплавов, в частности к технологии межнико-гермической обработки полых изделий, и может быть использовано при изготовлении, например, баллонов дня сжатого газа, резервуаров и труб высокого давления.Способ термической обработки с одновременным механическим воздействием на изделие известен сравнительно дав но и широко используется как в СССР, так и за рубежом. Так, например большое распространение подучил метод механико- термической обработки, при котором изделие одновременно с нагревом подвергают сжатию на закалочном. прессе 33 ипи растяжению с помощью специальных устройств 41 Недостатком таких способов термообработки является то, что обжатие изделия рабочими элементами пресса обеспечивает механическое нагружение поверхности детали лишь в локальных контактных зонах,размеры которых зависят от конфигурацииобъемных изделий.Таким образом, больцтая часть поверхности в процессе нагрева, выдержки и ох 5 лаждения остается ненагруженной. Неравномерность распределения давления вызывает появление микротрещин в материалеизделия и снижает качество обработки.По этой причине описанный способ це- О лесообразно исполыовать в основном дпяплоских изделий.Для механико-термической обработкидлинномерных изделий, например прутков,известен способ, по которому использо вался мепкодиспергированный сыпучийматериал в качестве передающего звена отнагружаюших элементов к изделию 51,При таком способе пруток подвергаютэпектроконтактному нагреву в заполненной О сыпучим материалом камере. В полость камеры в процессе обработки вводят клинья, уплотняюшие сыпучий материал, При этом давление на повеохность обрабатываемого изделияраспределяется более равномерно, чем при 25 реализации описанных выше способов, аконфигурация изделия не играет важной роли. Но все же достаточной равномерности механического обжатия поверхности и этот способ не обеспечивает, поскольку зазоры между частицами мелкодисперсного материала искажают попе внутреннего давпеБолее перспективным в этом отношении оказался способ механико-гермической обработки, согласно которому дпя пре дотврашения образования микротрещин изделие в процессе термообработки подвергают воздействию газа иди закапочной жидкости под высоким давлением 6).При реализации такого способа дпя соз- ф дания давления закапочной жидкости обычно испопьзуют специальные нагнетатепи;величину удельной нагрузки, как правило, устанавпивают эмпирическим путем и выдерживают постоянной в течение всего процесса термообработки. Сложность аппаратурного оформления способа настоятельно требовала усовершенствования приемов выполнения операций нагрева издепия и его поверхностной деформации.Наиболее оригинально и эффективно эта задача была рашена в способе термической обработки изделий 171, который включает нагрев изделия, его выдержку и охлаждение под давлением рабочей жидкости. Причем30 нагрев осуществляют рабочей жидкостью, а давление создают расширением рабочей жидкости при ее нагревании в герметизированной камере постоянного объема.35Аппаратурное оформление для реализации такого способа оказалось чрезвычайно простым по конструкции, а физико-механические свойства изделий по сравнению с изготавпиваемыми другими способами значительно повысились.Однако при таком способе изменение величины и скорости изменения давпения, создаваемого при термическом расширении рабочей жидкости, не согласована во времени 45 со степенью, и соответственно со скоростью протекания физических процессов формирующих механические свойства обрабатываемого изделия, что в свою очередь, при обработке, например, сосудов высокого давления (закапка - отпуск с одновременной деформацией) не позвопяет обеспечить в достаточной степени релаксацию опасных напряжений в очагах потенциального разрушения материаца изделия.Исспедования показали, что дпя устранения этого недостатка деформацию в процессе отпуска целесообразно производить со скоростьк, пропорциональной скорости изменения теппосодержания и удельного4объема издепий. Известен способ механико- термической обработки полых изделий из стали и сплавов 83, включающий термическую обработку и деформацию приложением гидравпического давления в процессе отпуска, причем дпя повышения конструктивной прочности деформацию производит со скоростью, пропорциональной скорости изменения теппосодержания и удельного объемаКонструктивная прочность иэделий, обработанных по такому способу, увеличилась в среднем на 16%. Однако, как выяснилось при реализации технологического процесса, сложность аппаратурного оформления по сравнению со способом Г 73 снова повысилась. Так, для программного изменения давления рабочей жидкости потребовался регулируемый нагнетатель, в цепь управления приводом которого включены анализаторы теплосодержания изделия, датчики изменения удельного объема. Кроме того, одностороннее приложение гидравлического давления при обработке полых изделий не обеспечивает оптимальной их конструктивной прочности, И, наконец, наиболее сушественный недостаток заключается в том, что чувствительность существующих датчиков и степень инерционности системы управления изменением давления не обеспечива ют достаточно точного соблюдения программы нагружения в соответствии со скоростью и степенью изменения параметров, характеризующих протекающие процессы (изменения теплосодержания и удельного объема), и, следовательно, не позволяет эффективно реализовать процесс.Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение качества обработки и упрощение технологии, что позвопит повысить точность программного изменения давления в соответствии с характеристиками фазовых преврашений, увеличить конструктивную прочность полых изделий и максимально упростить конструкцию необходимого аппаратурного оформления.Йля этого предлагается способ, по которому гидравлическое давление прикладывают с внутренней и внешней сторон изделия, нагревая герметизированное изделие, заполненное рабочей жидкостью, в герметичной камере, которую изготавливают из того же материала, что и изделие, но предварительно термообрабатывают до заданного уровня свойств готового иэделия, и также заполняют рабочей жидкостью, затем измеряют перепад давлений в камере и полости изделия и прекращают обработку по прекращении роста перепада давлений.538036 Так хак нагрев производят с постоянной скоростью, то температурная зависимость фиг. 2) совпадает с временчн /чной зависимостью. При этом 1 - время начала превращения, совпадает с началом хоординат.В соответствии с этой кривой изменяется и результирующее гидравлическое воздействие на обрабатываемое иэделие, При этом практически не требуется никаких автоматизированных систем управления величиной указанного гидровоздействия.Время окончания обработки определяют, измеряя текущий перепад давлений, характеризующий изменение объема, по прекращении роста перепада объема. Описанный способ опробирован при м- ханихо-термической обработке сосудов высокого давления.Прошедшие предварительную закалху изделия, заполненные рабочей жидкостью, подвергались отпуску при температурео270 С в герметичной камере. Давление в камере и полости нагретого изделия передг началом превращений составляло 10 кг/см,Максимальный перепад давления сосгтавил 150 кг/см . Обработку прекратили при прехрашении роста перепада давления внутри и снаружи изделия. формула изобретения Способ механико-термической обработки полых изделий, включающий закалку и отпуск с одновременной пластической деформацией, осуществляемой гидравлическим давлением со скоростью, пропорциональной скорости изменения удельного объема иэделия, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения хачества обработки и упрощения технологии, полость изделия, прошедшего закалку, заполняют жидкостью, герметизируют, помешают в заполненную жидкостью герметичную камеру, имеющую свойства готового изделия, и производят нагрев камеры с изделием, при этом измеряют текущий перепад давлений в камере и изделии и заканчивают обработку по прекращении роста перепада давлений. где: Ч - объем полости внутри изделия,Ч - полый объем иэделия,ЗЬч - объем полости между издезлием и камерой,Ч,=Ч -Ч, - объем материала изделия,- коэффициент сжимаемости жид Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Патент Великобритании 1179264,С 7 М,1970 г.2. Патент США2494984, 266-6,1950 г. кости. На фиг. 1 изображена схема предложенного способа; на фиг, 2 - относительное изменение объема при фазовых превращениях в материале изделия по времени.Заполняют обрабатываемое изделие 1 ра бочей жидкостью 2, герметизируют его полость и помешают в заполненную рабочей жидкостью 3 герметичную хамеру 4.Герметичная камера 4 выполнена из того же материала, что и иэделие но 10 прошедшего предварительную обработку, например отпуск, до заданного уровня свойств готового изделии.Первую операцию - нагрев изделия можно осуществлять различным образом, на- ф пример, помещая камеру с изделием в электронагревательную печь.При разогреве камеры 4 нагревается жидкость 3 между стенками камеры и из делием, а также изделие 1 и жидкость 2,20 заключенная в его полости. Поскольку при отсутствии превращений коэффициенты термического расширения изделия и камеры равны, то при их расширении относительные объемы жидкости внутри изделия и в зазоре между камерой и изделием изменяются одинаково. А так ках коэффициент объемного расширения для жидкостей примерно на два порядка больше, чем для твердых материалов, то давление рабочей жидкости внутри изделия и вне его повышается.Параллельно с нагревом протекает вто рая операция-деформация стенки изделия гидравлическим воздействием.Протекающие при повышении температуры или во времени превращения в изделии сопровождаются изменением объема, что приводит к пропорциональному изменению давления за счет того, вчто в материале камеры таких превращений не происходит (материал, из хоторого изготовлена камера, предварительно доведен до свойств готового изделия, например отпущен),45Величина перепада давлений ЬРнаходится в прямой зависимости от объемных изменений, вызванных превращениями в материале изделия и изменяется в соответствии с функциональной зависимостью; щ538036 Риг. 1 1 б Риг. г Составитель Г, Шевченкоре акто Е Б атчикова Техред О, Луговая Корректор Н. Бугаковаедактор . ратчикова Заказ 5677/16 Тираж 654 Подпж кое ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушскаа наб., д, 4/5