Способ термомеханической обработки стальных изделий

 

Использование: повышение эксплуатационных характеристик тонкостенных изделий из низкоуглеродистой стали за счет повышения напряжения потери устойчивости , Сущность изобретения: изделия подвергают холодной пластической деформации сдвига величиной 0,5-1,0%, затем нагревают до 100-300°С, выдерживают при этой температуре в течение 2 ч и охлаждают , 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ С К ИХ

РЕСПУБЛИК (51)s С 21 О 8/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814957(02 (22) 09,01.90 (46) 23,07.92, Бюл, йл 27 (71) Ленинградский государственный университет (72) P.À.Àðóòþíÿí 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 s одном направлении. При этом улучшается структура сплавов, повышается их прочность и упругие свойства.

Однако известный способ применим только к сплавам специального состава и не применйм к стали с низким содержанием углерода, так как при деформации в указанных пределах Материал разрушается. Кроме того, для данных сплавов неизвестно повышение критических нагрузок потери устой.чивости при кручении. Под потерей устойчивости понимают стремительный рост деформации при почти неизменном напряжении сдвига,,,5U, 1749260 А1 (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 — 1,07ь, затем нагревают до 100-3000С, 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 структуры и деформацион но-прочностных свойств материала производят обработку последовательно холодной пластической деформацией до 60, нагревом до 70 С, вторичной деформацией в холодном состоянии до 307, и старением в течении 3 ч при

500 C.

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 повышеwe 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, 1749260 пластическую деформацию 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 деформация 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 у ост. Полученная кривая относится к серии опытов, в которых проводят старение образцов в течение 2 ч при 200 С, Строят график температурной зависимости напряжения потери устойчивости

t>y 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 материэлэ.

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 нэ кручение в специальном приспособлении, которое смонтировано на прессе Амслера.

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 ос тывает до комнатной температуры вместе с

10 термс татом. После окончания обработки образец используют в нужных целях, Пример 1, Часть трубчатых образцов диаметром dseytp. = 22 мм, б„ру,н, = 23 мм и длиной 110 мм подвергают скручиванию до потери устойчивости со скоростью 5 кг/мlмин. 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 сдвига; 0;0,1;18;0,23;0,3;0,5;0,9; э при величине r = 15,3 кгс/мм отмечена потерей

2 устойчивости (без старения), Пример 2. Партию образцов по при15 меру 1 подвергают холодной деформации скручиванием 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 термо20 стэт, где нагревают со скоростью 10 град/мин до 100-300 С, При этой температуре образцы выдерживают 2 ч, затем выключают термастат для инерционного остывания образцов. После этого образцы

25 подвергают скручиванию до потери устойчивости.

Для половины партии, не прошедшей старения и подвергнутой только холодной деформации, получают следующие резуль30 таты: при напряжении сдвигэ т, равному последовательно 0;5,2; 7,9; 11,8; 14,5; 15,8 кгс/мм и далее полная разгрузка получают

2 следующие величины деформации: О, 0,2;

0,26, 0,3; 0,42, 1,22 соответственно, и при

35 полной разгрузке величина остаточной де формации равна y = 0,6%.

Вторую половину партии, прошедшая стадию холодной деформэции и имеющая остаточную деформацию 0,6%, подвергают

40 старению при 300 С в течение 2 ч, после чего образцы испытывают до потери устойчивости после старения.

При касательных напряжениях т, равных последовательно 0; 3,9; 6,6; 9,2; 11,8;

45 14,5 15,84; 17,8; 18,1 кгс/мlмм, величина деформации сдвига составляет соответственно 0;0,13; 0,23; 0,31; 0,38: 0,45; 0,51;

0,57, а при величине напряжения сдвига т= 18,1 кгс/мм отмечена потеря устойчиво2

50 сти образца.

Пример 3, Образец по примеру 1, подвергают холодной деформации кручением до относительного сдвига т, равного последовательно О, 2,51; 3,76; 6,28; 8,78;

11,30; 12,53, 13,80; 14,43; 14,46 кг/мм и далее полная разгрузка, получают следующие величины деформации у: 0; 0,08; 0,12;

0,20;0,28; 0,34; 0,39; 0.56; 0.78% соответст1749260 венно, а при полной разгрузке величина остаточной деформации равна 0,46- 0,5%.

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 t, 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; 1,31, а при ве личине напряжения сдвига г = 15,59 кгс/мм отмечена потеря устойчивости, Результаты испытаний образцов до потери устойчивости без старения приведены в табл.1.

Пример 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 y: 0;

0,07; 0,11; 0,20; 0,23; 0,31; 0,36; 0,40; 0,44;

0,76; 1,66 соответственно, и при полной разгрузке величина остаточной деформации

y= 1,07 .

Затем образец 2, прошедший стадию холодной деформации и имеющий остаточную деформацию y = 1,07, подвергают старению при 100 С в 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 1,01, а при величине напряжения сдвига т = 17;78 кгс/мм отмечена потеря устойчивости образца, Результаты испытаний образцов после холодной пластической деформации приведены в табл.2.

Результаты испытаний образцов до по5 тери устойчивости после старения при

300 С в течение 2 ч при остаточной деформации 0,6 приведены в табл.3.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в суще10 ственном повышении несущей способности конструкций, в которых используйся низкоуглеродистые стали, обработанные предлагаемым способом, Зксперимейтальным путем установлено достигнутое повышение

15 этой характеристики на 18,3, в то время как прототип не позволяет достичь такой устойчивости на низкоуглеродистых сталях из-за того, что при указанных в неи режимах обработки образцы разрушаются, Таким об20 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 малочувст30 вительным к незначительным колебаниям углерода в 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 ю40 шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик изделий, работающих на кручение, за счет повышения напряжения потери устойчивости, холодную пластическую деформацию.

45 осуществляют путем сдвига величиной 0,51.0, нагрев ведут до 100-300 С, а выдержку проводят в течение 2 ч.

Таблица1

Таблица2

Таблица3 ции при почти неизменр р ном напряжении сдвига, Составитель P.Aðóòàíÿí

Редактор H.Ãóíüêî Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 2565 Тираж .. Подписное .ВМИИПИ Государственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 36, Раушская наб., 4/Б пройзводственно-издательский комбинат "патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101