Соединительный элемент

, . 9 ЩЕЦр Комитет Россиискои Федерациипо патентам и товарным знака(75) Натапов АС Ивченко АВСова В.Г Ткач М.Б.(73) Натапов Аркадий Соломонович(57) Использование: в производстве строительныхматериалов при изготовлении соединительныхмуфт и гаек для монтажа арматурных стержней.Сущность изобретения: соединительный элементсодержит корпус в виде трубы со спиральной канавкой на внутренней поверхности, выполненный из(в) Ю (и) 2001213 С 1 (1) 5 Е 04 С 5 16 В 21 Н 3 08С 21 Р 1 06 конструкционной стали, причем материал корпуса соединительного элемента имеет структуру, отличну)о от структуры спиральной канавки при этом структура по периметру спиральной канавки в оюе толщиной 0,25 1,5 мм имеет строение измельченных феррито-перлитных зерен размером 0,01 0,025 мм Кроме того, материал корпуса соединительного элемента имеет феррит о-перлитную структуру с размерами зерен 0,04 0,09 мм, а также структуру тростита на глубину 0,70 0,85 минимальной толщины стенки 2 зп ф-лы, 4 ил.На фиг,1 показам соединительный элемент для стыковзния арматурных стержней с винтовым профилем; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг,З и фиг.4 - фрагмент соединительного элемента с представлением характерных структур по сечению изделия и периметру спиральной канавки,Соединительный элемент (фиг.1) содержит корпус 1 в виде, например, шестигранной трубы (возможна любая другая - четырехгранная, круглая) из конструкционной стали со спиральнымиканавками 2 нэ внутренней поверхности, Форма и размеры спиральной канавки соответствуют размерам стыкуемых стержней с необходимым припуском. Равнопрочность:стыкового соединения и исходных арматурных стержней обусловлена площадью "живого сечения" соединительного элемента заключенной между внешней поверхностью и максимальным диаметром спиральной канавки (д на фиг.2), а также структурным состоянием материала. Статическая прочность соединительного элемента обуславливается структурой металла в слое 1, хладостойкость и усталостную прочность улучшает наличие измельченного слоя 2 (фиг,З и 4), Формирование представленных структур осуществляется в процессе изготовления соединительных элементов по специальной технологии.Необходимость формирования различной структуры по сечению иэделия обусловлена конструктивными особенностями соединительного элемента, характером воспринимаемых нагрузок и температурных режимов эксплуатации. Известно, что наличие спиральной канавки на внутренней поверхности соединительного элемента, служащей для нэвинчивания его на винтовые выступы стыкуемых арматурных стержней, приводит к снижению "живого сечения" (площади поперечного сечения, воспринимаемому нагрузку) и созданию дополнительного напряженного состбяния материала. Т,е, спиральная канавка (резьба) является естественным фэктором (надрезом), повышающим концентрацию напряжений, чтов реальных условиях эксплуатации при наличии сопутствующих факторов (динамических нагрузок и понижЕнных температур) может приводить к разрушению соединительных элементов. Нивевирование отрицательного воздействия спиральной канавки (резьбы) на внутренней поверхности соединительного элемента на его конструктивную прочность достигается путем формирования различной структуры в материале корпуса и спиральной канавки, При этом структура материала корпуса соединительного элемента определяет его статическую прочность, а структура по периметру спиральной канавки определяет егоусталостную прочность,Увеличение усталостной прочности5 (предела выносливости) достигается путемизмельчения феррито-перлитных зерен попериметру спиральной канавки. При этом. проявляется эффект "барьерного" действиямелких зерен. Повышение предела вынос 10 ливости происходит за счет более высокогонапряжения, необходимого для зарожденияусталостной трещины, уменьшения концентрации напряжений в мелкозернистойструктуре, более позднему зарождению15 микротрещин и их торможению на границахзерен. Эффективное действие наблюдается,когда толщина слоя измельченной структуры составляет 1/101/5 минимальной толщины стенки корпуса соединительного20 элемента. Толщина слоя 0,25 мм характернадля элементов, предназначенных для стыкования арматурных стержней диаметром10,12 мм (отношение минимальной толщины стенки к глубине спиральной канавки25 1,4,1,6); толщина слоя 1,5 мм характернадля элементов, предназначенных для стыкования арматуры диаметром 3640 мм (отношение минимальной толщины стенки кглубине спиральной канавки 2,1,2,5). Рзз 30 мер феррито-перлитных зерен менее 0,01мм (10 балл) невозможно сформировать нарядовых конструкционных сталях, зернаразмером более 0,025 мм (балл 8) приводятк ослаблению "барьерного" эффекта и сни 35 жаот усталостную прочность,Увеличение статической прочности достигается путем формирования в материалекорпуса соединительного элемента феррито-перлитной структуры с размерами зерен40 0,040,09 мм (бэлл зерна 6,54) или структуры троостита. При этом соединительныеэлементы с феррито-перлитной структуройиспользуются без дополнительной обработки для стыкования стержней винтовой арма 45 туры класса иочности А-А-Ч, соструктурой троостита (после дополнительной термической обработки) для стыкования арматуры класса прочности А-Ч.А-Ч.При наличии в материале корпуса структуры50 с зерном более 0,09 мм (балл ниже 4) наблюдается резкое снижение статической прочности, при зерне мельче 0,04 мм (бал выше6) существенного прироста прочности не наблюдается. Если в материале корпуса сфор 55 мировать структуру троостита (путемдополнительной обработки), то для сохранения измельченной зернистой структурц попериметру спиральной канавки. толщинаслоя троостита должна составлять0,100,85 минимальной толщины с тл ни: ол дина слоя троостита менее 0,70 минимальной толщины стенки снижае 1 статичекую прочность, 1 олщина более 0.85 приводит к негативному воздействию на структуру спиральной канавки (охрупчивание за счет выделения смешанных структу,;). Наличие смешанных структур возможно в переходной зоне между слоем , измельченной зернистой структуры по периметру спиральной канавки и слоем троостита в материале корпуса при сохранении соответствующих размеров указанных слоев,П р и м е р. Осуществляли выпуск опытной партии соединительных элементов для высокопрочной арматуры винтового профиля классов АтЧ и Ат-Ч (по ГОСТ 10884-81) диаметром 25 мм, Заготовкой для соединительных элементов служили шестигранные ;рубы из стали марки 45 с размером "под ключ" 41 мм с внутренним отверстием 26,5 мм,Нагрев заготовок длиной. равной длине соединительного элемента, осуществляли в индукционной печи до температуры аустенитного состояния. Затем их переносили в удерживающее устройство и осуществляли формирование спиральных канавок на внутпенней поверхности вращающейся оправкой с формообразующим рельефом, 1 роц.сс формирования спиральных канавок с:ущ.с 1 вляют на тскарно-винторезном с, нке при скорости вращения оправки 100 б/л ин, подача суппорта с закрепленным устройством - 12 мм/оборот, Оправка диаметром 25 мл; имела на поверхности давящ:, е выступы лз сплава ВК, которые по форме соответствовали форме требуемой спиральной канавки.Пуем ре ламентации температурноарел 1 енного режима нагрева и деформации заготовки изл 1 еняли величину зерна в материале корпуса соединительного элемента от 0,03 мм до 0.12 мм (более балл 73) и толщину слоя измельченной структуры с величиной зерна 0,0110,030 мм (балл 107) по периметру спиральной канавки величиной 0,201,6 мм.После завершения процесса соединительные элементы извлекались из устройства и далее подвергались охлаждению на воздухе и в воде. Соединительные элементы, подвергнутые охлаждению в воде(закалке), предварительно продувались потоком воздуха через внутреннюю поверхность для снижения температуры спиральной канавки и фиксирования измельченной ферритоперлитной структуры, Продолжительностью воздушного охлаждения регулировали толщину стенки с эустенитной структурой для 5 10 15 20 25 30 35 формирования в ней троостита, После осуществления последующей закалки в воде,осуществляли отпуск при температуре400 С с получением троостита в слое толщиной 0,600,90 минимальной толщины стенки, Неоднородность структуры по сечениюсоединительного элемента (в материалекорпуса - троостит, по спиральной канавке- феррито-перлитная смесь) можно получить при помощи других приемов термической обработки.Готовые соединительные элементы служили для стыковки стержней класса АтЧ иАт-В арматурной стали марки 20 ГС диаметром 25 мм. Стыковые соединения были подвергнуты стендовым испытаниям пристатических(растяжение), циклических,на копеременный изгиб) и динамических(удар)нагрузках. Результаты испытаний представлены в таблице,Для сравнительных испытаний изготавливали соединительные элементы с известной неравномерной структурой в виде двухчередующихся спиральных феррито-перлитных зерен различной дисперсностью, потехнологии известного способа, при котором заготовку, нагретую до температуры1250 С, одевали на профилированную оправку, деформирование осуществляли втрехвалковой прокатной клети со степеньюдеформации 250 , а оправку удаляли путемвывинчивания после остывания.иэделий,Соединительные элементы сравнительной партии подвергали аналогичным охлаждению и испытаниям.Данные приведены в таблице.Как видно иэ приведенных данных, показатели конструкционной прочности (статическая прочность, ударная вязкость,усталостная прочность) соединительныхэлементов с данной структурой (изготовление по специальной технологии) превосходят в 1,21,5 раза аналогичныехарактеристики соединительных элементовс известной структурой. что свидетельствует о их повышенной эксплуатационной надежности.(56) Арматурная сталь с горччекатаным рифлением. В сб. Экспресс-информация. Прокатка и прокатное оборудование, 1973, М33, стр.24-27,Авторское свидетельство СССРМ 700268, кл, В 21 Н 3/08, 1978,Авторское свидетельство СССРМ 638409, кл. В 21 Н 3/08, 1976.Особенности формирования структурысоединительных элементов различных способов изготовления. - Металлургическая игорнорудная промышленность Гч. 3, 1991.2001219 1 О одолжение таблицы м йк Атка рж са что м элеме глуби стенк1 и 7 -по прототипу,ф ор мул а изобретен ия 1. СОЕДИНИтЕЛЬНЫй ЭЛЕмент, содержащий корпус в виде трубы со спиральной канавкой на внутренней поверхности, выполненный из конструкцион ной стали, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности путем увеличения статической и устал остной прочности, материал корпуса соединительного элемента имеет структуру, отличную от структуры спиральной канавки, при этом структура по периметру спиральной канавки в слое толщиной 0,25 - 1,5 мм имеет строение измельченных феррито-перлитных зерен размером 0,01 - 0,025 мм.2. Элемент по п.1, отличающийся тем,что материал корпуса соединительного элемента имеет феррито-перлитную струк туРу с размерами зерен 0,04 - 0,09 мм.,";. Элемент по п.1, отличающийся тем,атериал корпуса соединительного нта имеет структуру троос 1 иа на ну 070 - О,В 5 минимальной тоцины