RU2612245C2

RU2612245C2 - Method for treatment of products of structural metallic materials

Info

Publication number: RU2612245C2
Application number: RU2014148377A
Authority: RU
Inventors: Денис Анатольевич Иванов; Отто Николаевич Засухин
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2014-12-01
Publication date: 2017-03-03
Also published as: RU2014148377A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy. To increase reliability of heat-treated products of structural materials regardless of the operating load direction method comprises heat treatment of a product and subsequent treatment by a pulsating gas flow at room temperature successively in two or more directions to ensure isotropy of properties relative to the directions of test operating loads.

EFFECT: higher reliability of heat-treated products of structural materials.

1 cl

Description

Заявляемое изобретение относится к области обработки сплавов черных и цветных металлов, а более конкретно к повышению конструктивной прочности конструкционных металлических материалов и изделий из них.The claimed invention relates to the field of processing alloys of ferrous and non-ferrous metals, and more particularly to increasing the structural strength of structural metal materials and products from them.

Применение воздействия нестационарных газовых потоков (газоимпульсная обработка) может существенно повысить конструктивную прочность деталей машин и других изделий, изготовленных из конструкционных металлических материалов традиционных марок.The use of unsteady gas flows (gas treatment) can significantly increase the structural strength of machine parts and other products made of structural metal materials of traditional grades.

Механические волны, возникающие в металлическом изделии при воздействии на него пульсирующим газовым потоком, способны оказать значительное влияние на подвижность дислокаций, напряженное состояние, а стало быть, и механические свойства материала детали.Mechanical waves that occur in a metal product when exposed to a pulsating gas flow can have a significant effect on the mobility of dislocations, the stress state, and, therefore, the mechanical properties of the material of the part.

Вместе с тем, при упрочнении металлических материалов и изделий с использованием газовых потоков необходимо ориентировать обрабатываемое изделие относительно воздействующего потока с учетом направления будущих рабочих нагрузок. Устранение возникающей при этом в изделии анизотропии механических свойств будет способствовать дальнейшему повышению его эксплуатационной стойкости.However, when hardening metal materials and products using gas streams, it is necessary to orient the workpiece relative to the impact stream, taking into account the direction of future workloads. The elimination of the mechanical properties anisotropy arising in the product will contribute to a further increase in its operational stability.

Известен способ термической обработки, которому подвергают изделия или заготовки из двухфазных титановых сплавов (см. патент RU 2255137 С1, 27.06.2005 г. Бюл. №18). Образцы из сплава ВТ14 в исходном состоянии, предварительно подвергнутые отжигу, закалке с температуры 850-880°С в воде или закалке и старению при температуре 480-500°С в течение 12 часов нагревают до температуры 0,5-0,8 от температуры старения и после выдержки помещают в камеру газоструйного генератора звука, где они охлаждаются под действием нестационарного воздушного потока и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления 140-160 дБ в течение 4-5 минут. В результате данного способа обеспечивается повышение прочности до 1,3 раза без снижения пластичности.The known method of heat treatment, which is subjected to products or billets of two-phase titanium alloys (see patent RU 2255137 C1, 06.27.2005, Bull. No. 18). Samples of VT14 alloy in the initial state, preliminarily annealed, quenched from a temperature of 850-880 ° С in water or quenched, and aged at a temperature of 480-500 ° С for 12 hours, heated to a temperature of 0.5-0.8 of the aging temperature and after exposure, they are placed in the chamber of a gas-jet sound generator, where they are cooled by the unsteady air flow and the acoustic field of the sound frequency range with a sound pressure level of 140-160 dB for 4-5 minutes. As a result of this method, an increase in strength up to 1.3 times is achieved without reducing ductility.

Основным недостатком способа является закалка в таком интенсивном охладителе, как вода, создающем значительный градиент температур по объему изделия, что приводит к поводке, а также необходимость дополнительной технологической операции нагрева, делающей термическую обработку сложной и дорогостоящей.The main disadvantage of this method is quenching in such an intensive cooler as water, which creates a significant temperature gradient over the volume of the product, which leads to a leash, as well as the need for additional technological heating operation, which makes the heat treatment difficult and expensive.

Известен способ термической обработки изделий из конструкционных сталей (патент RU 2422540 С1, 27.06.2011 г. Бюл. №18), включающий нагрев изделия до температуры аустенизации, охлаждение до температуры превращения аустенита в ферритоцементитную структуру и последующее охлаждение пульсирующим газовым потоком, обладающим скоростью от 25 до 30 м/с, частотой колебаний от 830 до 1000 Гц, импульсным воздушным давлением от 8 до 12 кПа и переменным звуковым давлением от 80 до 90 дБ. В результате подобной термической обработки обеспечивается в сочетании повышение показателей пластичности, ударной вязкости, а также прочности конструкционных качественных углеродистых и экономнолегированных сталей.There is a method of heat treatment of products from structural steels (patent RU 2422540 C1, 06/27/2011 Bull. No. 18), which includes heating the product to the austenitic temperature, cooling to the temperature of transformation of austenite into a ferritic cementite structure and subsequent cooling with a pulsating gas flow at a speed of 25 to 30 m / s, oscillation frequency from 830 to 1000 Hz, pulsed air pressure from 8 to 12 kPa and variable sound pressure from 80 to 90 dB. As a result of such heat treatment, an increase in ductility, toughness, and also the strength of structural high-quality carbon and economically alloyed steels is provided in combination.

Основным недостатком данного известного способа термической обработки является невозможность его применения к готовым нормализованным изделиям без дополнительного нагрева, а также потребность в размещения нагревательных печей вблизи установки, создающей пульсирующий газовый поток и технологические сложности, связанные с необходимостью быстрых перемещения из печи в установку и крепления там обрабатываемого изделия.The main disadvantage of this known method of heat treatment is the impossibility of its application to finished normalized products without additional heating, as well as the need to place heating furnaces near the installation, creating a pulsating gas flow and technological difficulties associated with the need to quickly move from the furnace to the installation and attach it to the processed products.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ повышения конструктивной прочности путем нормализации с последующей газоимпульсной обработкой в холодном состоянии, применимой, в том числе, к готовым стальным нормализованным изделиям (Иванов Д.А. Воздействие газоимпульсной обработки на структуру и механические свойства нормализуемых сталей // Технико-технологические проблемы сервиса. - СПб., 2013, №3, с. 21-22.). Повышение значений показателей пластичности, ударной вязкости, а значит, и надежности конструкционных металлических материалов в сравнении со стандартной термообработкой достигают тем, что стандартно термообработанные изделия обрабатывают пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре.Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of increasing structural strength by normalization followed by gas pulse treatment in the cold state, applicable, including, to finished steel normalized products (Ivanov D.A. Impact of gas pulse treatment on the structure and mechanical properties of normalized steels // Technical and technological problems of service. - SPb., 2013, No. 3, pp. 21-22.). An increase in the values of ductility, toughness, and hence the reliability of structural metal materials in comparison with standard heat treatment is achieved by the fact that standard heat treated products are treated with a pulsating gas stream at room temperature.

Основным недостатком данного известного способа является то, что повышение надежности обеспечивается лишь в одном направлении, в то время, как изделие при эксплуатации может испытывать нагружения в двух и более направлениях.The main disadvantage of this known method is that the increase in reliability is provided in only one direction, while the product during operation can experience stress in two or more directions.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача повысить значения показателей надежности термобработанных конструкционных металлических материалов и изделий из них вне зависимости от направления эксплуатационного нагружения.The claimed invention has the task of increasing the values of reliability indicators of heat-treated structural metal materials and products from them, regardless of the direction of operational loading.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе повышения конструктивной прочности конструкционных металлических материалов и изделий из них стандартно термообработанные изделия обрабатывают пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре последовательно в двух и более направлениях, до обеспечения изотропии свойств относительно направлений испытываемых эксплуатационных нагружений.The solution to this problem is achieved by the fact that in a method of increasing the structural strength of structural metal materials and products made of them, heat-treated products are treated in a standard manner with a pulsating gas stream at room temperature in two or more directions, until properties are isotropic relative to the directions of the tested operational loads.

Таким образом изобретение позволило получить технический результат, а именно повысить значения показателей надежности термобработанных конструкционных металлических материалов и изделий из них вне зависимости от направления эксплуатационного нагружения.Thus, the invention allowed to obtain a technical result, namely to increase the values of reliability indicators of heat-treated structural metal materials and products from them, regardless of the direction of operational loading.

Заявляемое изобретение реализуется следующим образом: стандартно термообработанные изделия размещают на выходе из успокоительной камеры установки, генерирующей колебания параметров газового потока в диапазоне частот, соответствующем прототипу, и обрабатывают пульсирующим газовым потоком при комнатной температуре последовательно в двух и более направлениях, до обеспечения изотропии свойств относительно направлений испытываемых эксплуатационных нагружений. Обработка изделия пульсирующим газовым потоком в одном направлении составляет 10-20 минут. Суммарная продолжительность обработки зависит от геометрических параметров изделия и условий его эксплуатации. Количество направлений обработки подбирают исходя из геометрии изделия в комплексе с характером его нагружения.The claimed invention is implemented as follows: standardly heat-treated products are placed at the outlet of the stilling chamber of the installation, generating oscillations of the gas flow parameters in the frequency range corresponding to the prototype, and treated with a pulsating gas flow at room temperature in series in two or more directions, until properties are isotropic relative to the directions test operational loads. Processing the product with a pulsating gas flow in one direction is 10-20 minutes. The total processing time depends on the geometric parameters of the product and its operating conditions. The number of processing directions is selected based on the geometry of the product in combination with the nature of its loading.

Так, в случае изделий из стандартно нормализованной стали 40, обработанных последовательно в продольном и поперечном направлении, значение показателей ударной вязкости, благодаря воздействию механических волн, генерируемых в изделии пульсациями газового потока, на дислокационную структуру стали, для этих направлений одинаковы и на 23% превышают максимальные значения, полученные при односторонней обработке, повышая тем самым надежность стальных изделий как в продольном, так и в поперечном направлении.So, in the case of products from standard normalized steel 40, processed sequentially in the longitudinal and transverse directions, the value of impact strength indicators, due to the action of mechanical waves generated in the product by gas flow pulsations, on the dislocation structure of steel, are the same for these directions and exceed 23% maximum values obtained during one-sided processing, thereby increasing the reliability of steel products in both longitudinal and transverse directions.

Claims

A method of processing products from structural metallic materials, including processing standard heat-treated products with a pulsating gas stream at room temperature, characterized in that they provide isotropic properties by treating the pulsating gas stream sequentially in two or more directions of operational loads for 10-20 minutes in one direction.