способ получения высокопрочных стальных тонкостенных изделий точных геометрических размеров и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ получения высокопрочных стальных тонкостенных изделий точных геометрических размеров, включающий термическую обработку изделий на полых оправках с нагревателем внутри, отличающийся тем, что осуществляют деформационное старение закаленных изделий из мартенситно-стареющей стали, при этом изделия устанавливают с зазором на стойку, составленную из n-го количества оправок из аустенитной стали, производят нагрев оправок с изделиями в нагревательной камере в безокислительной среде и контролируют температурные изменения внутри камеры с помощью термопар.

2. Нагревательная камера для получения высокопрочных стальных тонкостенных изделий точных геометрических размеров, состоящая из колпака, дна и электронагревателя, установленного в дне камеры соосно с колпаком, отличающаяся тем, что она снабжена полой трубой, внутри которой расположен нагреватель, и стойкой, составленной из n-го количества полых оправок из аустенитной стали, зафиксированной на трубе соосно с колпаком, а в колпаке выполнен ввод термопар.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для термической обработки изделий из стали для получения высоких прочностных характеристик в сочетании с точными размерами тонкостенных деталей и емкостей.

Известен взятый в качестве прототипа способ правки и получения высокой точности кольцевых изделий с дефектом формы с использованием термообработки, включающий установку кольца на полую оправку из материала, имеющего больший коэффициент линейного расширения, чем материал кольца и нагрев оправки с кольцом нагревателем, расположенным внутри оправки (SU 245825, С 21 D 9/40, 11.06.1969).

Недостатком известного способа, которым осуществляют правку кольцевых изделий, исправляя эллипсность или другой дефект формы, является невозможность получения геометрических размеров на очень тонкостенных изделиях с очень малыми допусками и высокими механическими свойствами, в известном способе отсутствует процесс управления нагревом, выдержкой и остыванием оправок с кольцами, т.е. нет контроля за температурными изменениями в нагревательной камере.

Известна взятая в качестве прототипа нагревательная камера (муфельная колпаковая печь), состоящая из колпака, дна и установленного в дне камеры соосно с колпаком электронагревателя, служащего для интенсификации горения в процессе работы (см. SU 515808 А, С 21 D 9/67, 30.05.1976).

Недостатком известного устройства при существующей системе нагрева и условий расположения термообрабатываемых изделий является невозможность получения точных геометрических размеров высокопрочных тонкостенных изделий типа "кольцо" и типа "сильфон" с вдавленным внутренним гофром на завершающем этапе термообработок, т.к. на такие изделия существуют жесткие требования как по смещению верхней и нижней половины по размерам, так и по разностенности.

Предлагаемой группой изобретений решается задача: повышение удобства эксплуатации, упрощение конструкции и снижение себестоимости нагревательной камеры, универсальность способа нагрева.

Технический результат, получаемый при осуществлении группы изобретений:

1. Прогнозируемость поведения изделий и гораздо большая достоверность информации при проведении процесса термообработки.

2. Стабильное получение геометрических размеров изделий при обеспечении заданного уровня механических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения высокопрочных стальных тонкостенных изделий точных геометрических размеров, включающем термическую обработку изделий на полых оправках с нагревателем внутри, осуществляют деформационное старение закаленных изделий из мартенситно-стареющей стали, при этом изделия устанавливают с зазором на стойку, составленную из n-го количества оправок из аустенитной стали, производят нагрев оправок с изделиями в нагревательной камере в безокислительной среде и контролируют температурные изменения внутри камеры с помощью термопар.

Указанный технический результат достигается тем, что нагревательная камера для получения высокопрочных стальных тонкостенных изделий точных геометрических размеров, состоящая из колпака, дна и электронагревателя, установленного в дне камеры соосно с колпаком, снабжена полой трубой, внутри которой расположен нагреватель, и стойкой, составленной из n-го количества полых оправок из аустенитной стали, зафиксированной на трубе соосно с колпаком, а в колпаке выполнен ввод термопар.

Технические решения с признаками, отличающими заявляемые решения от прототипов, не известны и явным образом из уровня техники не следуют, это позволяет считать, что заявляемые решения являются новыми и обладают изобретательским уровнем.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью нагревательной камеры, которая схематично изображена на фиг.1 в разрезе; на фиг.2 представлено посадочное место нагревательной камеры с изделиями типа "сильфон".

Нагревательная камера содержит колпак 1, дно 2. В дне 2 камеры установлено посадочное место 3 для изделий (см. фиг.2). Посадочное место представляет собой тепловой электронагреватель (ТЭН) 4, расположенный внутри полой трубы 5, служащей для фиксации на ней стойки из n-ого количества оправок 6 из аустенитной стали. Оправки 6 выполнены полыми. ТЭН 4 с оправками 6 установлен соосно с колпаком 1. Для получения информации о температурных изменениях внутри камеры в колпаке 1 выполнен ввод контрольных термопар, а для обеспечения безокислительной среды (вакуума) в нагревательной камере предусмотрено ее подключение к индивидуальной вакуумной системе. Но возможен и более экономичный вариант: подключение к общему производственному компрессору.

Пример реализации способа получения высокопрочных стальных тонкостенных изделий точных геометрических размеров.

Способ осуществляется термообработкой, а более конкретно, путем деформационного старения мартенситно-стареющей стали марки ЧС-35-ВИ закаленных изделий типа "кольцо" и "сильфон" для роторов центрифуг с толщиной стенки 0,12-0,15 мм с целью формирования окончательной величины наружного диаметра 132+0,04 мм. Изделия 8 останавливают с зазором на стойку, составленную из n-ого количества полых оправок 6 с тепловым электронагревателем внутри (см. фиг.2). Производят внутренний нагрев системы "оправки - изделия" до температуры, соответствующей интервалу старения мартенситно-стареющих сталей (интервал: 300-400С - начальная температура старения; 500С - предельная технологическая температура старения). Процесс ведется в безокислительной среде - в вакууме, но возможен другой вариант: нагрев в инертном газе. С момента включения ТЭНа начинается нагрев оправок. Благодаря равноудаленности каждой оправки от нагревателя зоны с заниженной температурой отсутствуют. Процесс протекает при стабильных температурных показателях в любой точке системы "оправки - изделия". По мере прогрева за счет линейного расширения стали каждая оправка 6 приходит в соприкосновение с холодным еще изделием 8 и обжимает его равномерно, сглаживая дефекты формы. Изделие при этом одинаково пластично по всему диаметру. С этого момента начинается процесс старения. При дальнейшем нагреве расширение всех звеньев системы "оправки - изделия" идет одновременно, формируя окончательной диаметр изделий.

Использование заявляемых способа и устройства позволяет получить геометрические параметры в соответствии с требованиями конструкторской документации при закалке и старении тонкостенных изделий "сильфон" и "кольцо" из мартенситно-стареющей стали ЧС-35-ВИ на аустенитных оправках в нагревательных камерах упрощенной конструкции благодаря изменению метода нагрева с наружного молибденовыми нагревателями на внутренний нагрев с помощью ТЭНов.

При использовании предлагаемого способа в массовом производстве нагревательная камера может быть изготовлена с индивидуальной вакуумной системой, но может быть и подключена в общей линейке с одним производственным компрессором, что позволяет снизить расходы на дорогостоящие насосы и вакуумно-запорную арматуру (приобретение, ремонт) и упростить эксплуатацию нагревательной камеры или нескольких нагревательных камер, задействованных одновременно. Кроме того, для создания безокислительной среды можно использовать инертный газ, что также способствует удешевлению и обеспечению универсальности способа.

Применение полых оправок, а не сплошных сокращает время, необходимое для прогрева, и позволяет сократить расход дорогостоящей нержавеющей стали аустенитного класса. Оправки и надетые на них изделия благодаря равноудаленности каждой из них от теплового электронагревателя, расположенного внутри полых оправок, проходят стадии нагрева одновременно, обеспечивая стабильность получения геометрических размеров изделий и заданного уровня механических свойств.