Способ охлаждения маложестких длинномерных деталей при термических операциях и устройство для его осуществления

Авторы патента:

Драчев Олег Иванович (RU)

Бобровский Александр Викторович (RU)

Епишкин Вячеслав Евгеньевич (RU)

Угарова Людмила Анатольевна (RU)

Амирджанова Ирина Юрьевна (RU)

C21D1/62 - Изменение физической структуры черных металлов; устройства общего назначения для термообработки черных или цветных металлов или сплавов; придание ковкости металлам путем обезуглероживания, отпуска или других видов обработки (цементация диффузионными способами C23C; поверхностная обработка металлов, включающая по крайней мере один процесс, предусмотренный в классе C23, и по крайней мере другой процесс, охватываемый этим подклассом, C23F 17/00; однонаправленное отвердевание эвтектики или однонаправленное разделение эвтектик C30B)

Владельцы патента RU 2756670:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тольяттинский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области термической обработки в шахтной печи маложестких длинномерных осесимметричных деталей и может быть использовано для охлаждения таких деталей. Установка содержит корпусные секции, выполненные с возможностью размещения между ними упомянутой детали, установленные на стенках секций с возможностью равномерного обдува охлаждаемой детали форсунки, соединенные через управляемые дроссели с воздушным насосом, и блок управления, связанный с управляемыми дросселями, при этом она снабжена вибратором продольных колебаний, имеющим механизм захвата со сферическим упором для установки и фиксации в вертикальном положении охлаждаемой детали своим нижним концом, и тепловизором, установленным с возможностью контроля температуры детали и связанным через преобразователь со входом блока управления. Изобретение касается также способа охлаждения, включающего использование упомянутой установки. Использование изобретений позволяет повысить качество изготавливаемых деталей, а также точность их размеров и формы. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области термической обработки длинномерных осесимметричных деталей и может быть использовано в технологических процессах в термических цехах.

Известно изобретение для обработки осесимметричных деталей, содержащее стапель, выполненный в виде двух полых цилиндров, а между ними установлена обрабатываемая деталь с естественным охлаждением до температуры окружающей среды. Металл стапеля имеет коэффициент термического расширения больше коэффициента термического расширения детали [1].

Недостатком данного устройства является неравномерное охлаждение воздухом по периметру детали в связи с влиянием двух теплоемких цилиндров с низкой скоростью охлаждения, чем деталь и невозможностью управления скоростью охлаждения по длине детали и как следствие неравномерное охлаждение детали и созданию остаточных напряжений.

Наиболее близким устройством к предлагаемому изобретению, выбранного в качестве прототипа, является устройство для термической обработки содержащее установленную на стойке кольцевую приемную камеру. Спрейер выполнен в виде ротора с приводом вращения. Камера разделена радиальными перемычками на секторы, каждый из которых снабжен подводящим патрубком с регулирующим клапаном. Спрейер образован продольными патрубками с соплами для подачи охлаждающего охладителя [2].

Недостатком данного устройства является продольное перемещение детали при охлаждении, что не обеспечивает равномерность охлаждения ее. Разница температурных зон охлажденных и неохлажденных приводит к созданию новых остаточных напряжений всех трех родов. Без контроля температуры по длине детали нельзя регулировать скоростью обдува. Горизонтальное перемещение детали через камеру охлаждения вызывает прогиб ее оси, вследствие несовместности пластических деформаций.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в повышении эксплуатационной точности маложестких осесимметричных длинномерных деталей с достижением следующих результатов: повышения стабильности размеров и формы деталей за счет минимизации всех родов остаточных напряжений, оставшихся после термических и термосиловых операций; уничтожение технологической наследственности за счет полной перестройки структуры материала путем введения вибрационной обработки в процессе остывания детали после 300°С. При релаксации основное влияние на пластическую деформацию оказывает неравномерное распределение остаточных напряжений и если данный характер их распределения не направленный, то это приводит к минимизации пластической деформации готового изделия в эксплуатационный период.

Данная задача решается за счет того, что при охлаждении осесимметричных длинномерных деталей после термической обработки в шахтной печи ее размещают в центре установки в вертикальном положении на сферическом упоре вибратора продольных колебаний с фиксацией нижнего конца детали в механизме захвата. Принудительный обдув осуществляют воздухом через форсунки, установленные с возможностью равномерного обдува охлаждаемой детали, а тепловизор с возможностью контроля температуры детали. Одновременно посредством тепловизора осуществляют контроль температуры детали. При ее остывании до 300°С включают вибратор продольных колебаний, работающий на резонансных частотах продольных колебаний детали. Проводят оценку равномерности температурного поля детали. При обнаружении температурных зон с меньшими значениями температурных полей с разностью в 10°С посредством блока управления регулируют скорость подачи воздуха через форсунки. Отключают подачу воздуха в зонах минимальной температуры с обеспечением выравнивания температур по всей длине детали и далее до достижения деталью температуры окружающей среды.

Установка снабжена вибратором продольных колебаний, имеющим механизм захвата для установки и фиксации в вертикальном положении охлаждаемой детали своим нижним концом. Тепловизор установлен с возможностью контроля температуры детали и связан через преобразователь со входом блока управления. Корпусные секции выполнены в виде двух пустотелых замкнутых полуцилиндров с образованием внутренних и внешних стенок, установленных друг от друга на расстоянии пяти диаметров детали. Вибратор расположен по центру между пустотелыми полуцилиндрами, а форсунки установлены на внутренних стенках каждого из упомянутых пустотелых полуцилиндров вокруг центральной оси в три ряда с шагом в 45° и вдоль центральной оси с шагом равным пяти диаметрам детали в каждом ряду. Дроссели установлены на внешних стенках каждого из упомянутых пустотелых полуцилиндров идентично расположению форсунок. Выходы блока управления связаны с воздушным насосом и вибратором.

Равномерное охлаждение всего объема длинномерных деталей одновременно минимизирует неравномерности остаточных напряжений гладких деталей и сложного профили по сечению, что обеспечивает стабилизацию геометрических параметров деталей.

Контроль и управление температурой охлаждения в зоне температур ниже 300°С являются эффективным средством минимизации остаточных напряжений и как следствие минимальная пластическая деформация и повышение эксплуатационной точности.

Вибрационное воздействие продольными колебаниями на резонансных частотах при охлаждении снижает уровень остаточных напряжений трех родов, что обеспечивает уменьшение времени релаксации и стабилизирует дислокационные процессы.

Использование захватного устройства со сферическим упором одновременно выполняют функции элементов захвата и центрирования оси заготовки в процессе охлаждения, что устраняет неточность центрирования и влияние собственного веса детали на пластические деформации в процессе ее охлаждения.

Бесконтактный контроль температуры остывания по длине детали позволяет выявить зоны быстрого остывания, что позволяет устранить неравномерность охлаждения на длине детали с большой точностью и провести оценку средней температуры и скорость ее охлаждения.

Предлагаемое изобретение иллюстрировано чертежами, представленными на фиг. 1-2. На фиг. 1 приведен общий вид установки для охлаждения длинномерных деталей. На фиг. 2 показан разрез А-А фиг. 1.

Способ осуществляется следующим образом. Деталь, прошедшую нагревания в шахтной печи, переносят в центр установки для принудительного управляемого охлаждения. И в вертикальном положении устанавливают между двух полуцилиндров установки с зазором равным пяти диаметрам на сферической опоре и фиксируют нижний конец детали с помощью захватов. Далее одновременно включают тепловизор для контроля температуры остывания и неравномерного охлаждения и форсунки для равномерного принудительного обдува воздухом управляемыми дросселями. При охлаждения детали до 300°С автоматически включается вибратор продольных колебаний, на корпусе которого закреплено захватывающие устройство. Вибратор работает на резонансных частотах продольных колебаний детали. Блок управления автоматически ведет поиск температурных зон с меньшими значениями температурных полей с разностью в 10°С и при появлении таких зон автоматически отключает подачу воздуха в эти зоны. Процесс автоматической стабилизации температуры по длине детали продолжается до температуры окружающей среды.

Устройство для автоматического охлаждения длинномерных маложестких деталей содержит установку в двух пустотелых полуцилиндрах 2 и 2¹. Каждая секция устанавливается друг относительно друга на расстоянии H=5d, где d - диаметр детали. На внутренних стенках пустотелых полуцилиндров установлены форсунки 3-3¹, а на внешних установлены управляемые дроссели 4-4¹, входы которых подключены к входу форсунок 3-3¹, выходы дросселей подключены к выходу воздушного насоса 5. Форсунки и дроссели размещены равномерно вокруг центральной оси в три ряда с шагом 45° и вдоль центральной оси с шагом L=5d в каждом ряду, где L - расстояние между форсунками. Деталь нижним концом фиксируется на сферической опоре 6, которая установлена на механизме захвата 7, последний жестко соединен с корпусом пневматического вибратора 8. На отдельной стойке установлен тепловизор 9 (на фиг. 2 стойка не показана) и преобразователь 10. Тепловизор, выход которого подключен на вход преобразователя, а выход преобразователя подключен к выходу блока управления 11.

Литературные источники

1. Патент 2260628 C21D 9/06 публ. 20.09.2005 № 26

2. А.С. 1735388 C21D 1/00 публ. 23.05.83 1992 № 19

1. Установка для охлаждения длинномерной осесимметричной детали после термической обработки в шахтной печи, содержащая корпусные секции, выполненные с возможностью размещения между ними упомянутой детали, установленные на стенках секций с возможностью равномерного обдува охлаждаемой детали форсунки, соединенные через управляемые дроссели с воздушным насосом, и блок управления, связанный с управляемыми дросселями, отличающаяся тем, что она снабжена вибратором продольных колебаний, имеющим механизм захвата со сферическим упором для установки и фиксации в вертикальном положении охлаждаемой детали своим нижним концом, и тепловизором, установленным с возможностью контроля температуры детали и связанным через преобразователь со входом блока управления, при этом упомянутые корпусные секции выполнены в виде двух пустотелых замкнутых полуцилиндров с образованием внутренних и внешних стенок, установленных друг от друга на расстоянии пяти диаметров детали, а упомянутый вибратор расположен по центру между пустотелыми полуцилиндрами, причем упомянутые форсунки установлены на внутренних стенках каждого из упомянутых пустотелых полуцилиндров вокруг центральной оси в три ряда с шагом в 45° и вдоль центральной оси с шагом, равным пяти диаметрам детали в каждом ряду, упомянутые дроссели установлены на внешних стенках каждого из упомянутых пустотелых полуцилиндров идентично расположению форсунок, а соответствующие выходы блока управления связаны с упомянутыми воздушным насосом и вибратором.

2. Способ охлаждения длинномерной осесимметричной детали после термической обработки в шахтной печи, включающий использование установки по п. 1, в центре которой размещают упомянутую деталь в вертикальном положении на сферическом упоре вибратора продольных колебаний с фиксацией нижнего конца детали в механизме захвата, осуществляют принудительный обдув воздухом детали через форсунки, расположенные равномерно по периметру и длине детали, с управлением по расходу воздуха, при этом одновременно посредством тепловизора осуществляют контроль температуры детали, а при ее остывании до 300°С включают вибратор продольных колебаний, работающий на резонансных частотах продольных колебаний детали, и проводят оценку равномерности температурного поля детали, в процессе которой при обнаружении температурных зон с меньшими значениями температурных полей с разностью в 10°С посредством блока управления регулируют скорость подачи воздуха через форсунки вплоть до отключения подачи воздуха в зонах минимальной температуры с обеспечением выравнивания температур по всей длине детали и далее до достижения деталью температуры окружающей среды.

Изобретение относится к устройствам для термической обработки длинномерного изделия Г-образного профиля, имеющего подошву, шейку и головку и к способам термической обработки указанного изделия. Устройство содержит транспортер для непрерывного перемещения изделия с заданной постоянной скоростью, источник тока высокой частоты, индуктор для нагрева зоны контактной поверхности головки изделия, выполненный с возможностью установки параллельно контактной поверхности головки изделия и электрически соединенный с источником тока высокой частоты, трубчатый элемент с отверстиями для водно-воздушного спрейерного охлаждения нагретой зоны контактной поверхности изделия и термостойкий экран.

Установка для закалки стальных деталей // 2755357

Изобретение относится к установке для закалки стальных деталей водой. Установка содержит ванну для воды и подъемник с подъемной лебедкой для погружения в ванну, насос для обратной воды, соединенный с системой очистки, коллектор.

Способ производства высокопрочного холоднокатаного непрерывно отожженного листового проката из if-стали // 2755318

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам производства высокопрочного холоднокатаного непрерывно отожженного листового проката из IF-сталей, который может быть использован в автомобильной промышленности. Способ производства высокопрочного холоднокатаного и отожженного проката, включающий выплавку стали, непрерывную разливку в слябы, горячую прокатку слитка, холодную прокатку полученного проката и рекристаллизационный отжиг.

Способ упрочнения корпуса автосцепки и корпус автосцепки, упрочненный этим способом // 2755188

Группа изобретений относится к вагоностроительной промышленности, в частности к термической обработке корпуса автосцепки. Способ упрочнения корпуса автосцепки включает его закалку посредством индукционного нагрева с последующим охлаждением водой, причем закалке подвергают частично хвостовую часть корпуса автосцепки, включающую в себя внешнюю верхнюю поверхность, взаимодействующую с тяговым хомутом, торцевую цилиндрическую поверхность и внутреннюю поверхность отверстия под клин тягового хомута, при этом закалка проводится непрерывно-последовательным методом посредством индуктора-спрейера, двигающегося со скоростью от 1,5 до 5 мм/с, причем на этапе закалки поддерживают постоянными силу тока от 2,5 до 3,5 кА, мощность тока от 35 до 60 кВт, частоту тока от 5 до 20 кГц и зазор от 1 до 5 мм между каждой упомянутой выше поверхностью и индуктором-спрейером, этап охлаждения осуществляют водой температурой от 15 до 30°С через отверстия в индукторе-спрейере при расходе воды от 15 до 50 л/мин, а после этапа закалки проводят этап низкотемпературного отпуска корпуса автосцепки при температуре от 200 до 300°С в течение 3-5 часов.

Способ производства холоднокатаного непрерывно отожженного листового проката из if-стали // 2755132

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам производства холоднокатаного проката из сверхнизкоуглеродистых IF-сталей, который может быть использован в автомобильной промышленности. Способ производства холоднокатаной полосы из IF-стали включает выплавку стали, разливку, горячую прокатку с получением полос, травление, смотку полос в рулоны, холодную прокатку полос, рекристаллизационный отжиг в агрегате непрерывного отжига и дрессировку.

Способ горячей штамповки // 2754765

Изобретение относится к области металлургии и касается способа горячей штамповки. Способ включает стадии: предоставление листа углеродистой стали, покрытого барьерным предварительным покрытием, содержащим никель и хром, где массовое отношение Ni/Cr находится между 1,5 и 9, разрезание покрытого листа углеродистой стали для получения заготовки, термическую обработку заготовки в атмосфере, имеющей окислительный потенциал, равный или выше, чем потенциал атмосферы, содержащей 1% кислорода по объему, и равный или меньше, чем потенциал атмосферы, содержащей 50% кислорода по объему, причем указанная атмосфера имеет точку росы между -30 и +30°C, перемещение заготовки в прессовый штамп, горячую штамповку заготовки, чтобы получить деталь, охлаждение детали, полученной на стадии E), с целью получения микроструктуры в стали, которая является мартенситной, или мартенситно-бейнитной, или составленной по меньшей мере из 75 масс.% равноосного феррита, от 5 до 20 масс.% мартенсита и бейнита в количестве меньше, чем или равным 10 масс.%.

Способ термической обработки высокодемпфирующей стали // 2754623

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам обработки высокодемпфирующих сталей и сплавов высокого демпфирования на основе системы железо - алюминий с содержанием алюминия от 3,0 до 7,7 мас.% и может быть использовано для улучшения вибро- и шумопоглощающих свойств высокодемпфирующих сталей и сплавов, применяющихся в качестве конструкционных материалов.

Отливка из высокопрочной износостойкой стали и способы термической обработки отливки из высокопрочной износостойкой стали // 2753397

Изобретений относится к области металлургии, а именно к отливке из высокопрочной износостойкой стали, используемой для изготовления основных рабочих органов и конструктивных элементов горно-транспортного и горно-шахтного оборудования. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,25-0,35, кремний 0,20-0,45, марганец 0,80-1,20, хром 1,00-1,50, молибден 0,20-0,40, никель 1,0-1,50, медь не более 0,30, ниобий 0,008-0,10, ванадий 0,08-0,10, кальций 0,005-0,01, барий 0,005-0,01, церий 0,005-0,01, цирконий 0,008-0,1, алюминий 0,008-0,05, сера не более 0,015, фосфор не более 0,015, азот не более 0,025, наночастицы карбонитрида циркония и наночастицы карбонитрида ниобия 0,04-0,25, остальное – железо и примеси.

Лазерный аппарат для термической обработки нераспыляемых геттеров // 2751404

Изобретение относится к лазерному аппарату для термической обработки встроенного в технологическую оснастку нераспыляемого геттера и может быть использовано при производстве электровакуумных и газоразрядных приборов. Лазерный аппарат содержит непрерывный полупроводниковый лазер с блоком регулировки мощности и таймером, оптический кабель, внутри которого находится первое оптоволокно, обеспечивающее подачу выходного излучения ближнего инфракрасного диапазона от полупроводникового лазера через цангу для установки в технологическую оснастку, направляющую излучение на обрабатываемый геттер.

Способ упрочнения стали с применением комбинированной технологии // 2750602

Изобретение относится к военной технике и может быть использовано при изготовлении средств бронезащиты, в частности в броневых конструкциях, состоящих из нескольких слоев и предназначенных для защиты от пуль стрелкового оружия. Способ упрочнения стального листа брони включает предварительное деформационное воздействие ударными волнами посредством статико-импульсной обработки дважды в разных направлениях, проведение двухсторонней цементации в твердом карбюризаторе при температуре 930°С в течение 7 ч, осуществление двухступенчатой закалки.

Способ комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали // 2757362

Изобретение относится к cпособу комбинированной обработки изделия из быстрорежущей стали. Способ включает нагрев изделия до температуры 950οС, последующую закалку, обработку холодом при температуре -70-80οС и последующее ионное азотирование, отличающийся тем, что ионное азотирование осуществляют с выдержкой 5-6 ч при температуре 400-600οС. Технический результат заключается в уменьшении содержания остаточного аустенита, что обеспечивает повышение прочностных характеристик и трибологических свойств изделий из быстрорежущих сталей. 1 пр.