способ обработки изделий

Формула изобретения

1. Способ обработки изделий, включающий охлаждение в жидком азоте, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости, после охлаждения изделие дополнительно подвергают обработке магнитным периодическим полем напряженностью менее 10⁶ А/м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку магнитным периодическим полем ведут биполярными импульсами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при изготовлении как металлообрабатывающего инструмента (стального и твердосплавного, предназначенного для обработки резанием и давлением металлов) в инструментальном производстве, так и изделий основного производства (авиакосмической техники и двигателестроения).

Известен способ термомеханической обработки стальных изделий, включающий нагрев и охлаждение, совмещенное с пластической деформацией дробью, причем охлаждение и пластическую деформацию осуществляют ледяными шариками или дробью с оболочкой из льда [1]

Массу и скорость удара ледяных шариков подбирают так, чтобы их кинетическая энергия была достаточной для достижения заданной степени деформации. Во время удара из-за высокой контактной температуры нагретой поверхности (до 10³ К) ледяной шарик быстро тает и охлаждает ее. Так как процесс плавления и испарения требует большого количества тепла, то охлаждение поверхностного слоя протекает быстро. Для сталей, температура окончания мартенситного превращения которых лежит ниже нуля, с целью уменьшения количества остаточного аустенита требуется охлаждение до температур ниже нуля. Обработка ледяными шариками позволяет решить эту задачу, поскольку деформирование повышает точку мартенситного превращения, а охлаждение льдом способствует распаду остаточного аустенита.

Известен способ упрочнения изделий (готового инструмента), включающий охлаждение до отрицательных температур рабочих поверхностей и пластическую деформацию одновременно охлажденной до отрицательных температур металлической дробью [2]

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ упрочнения стальных изделий охлаждением, например в жидком азоте [3]

Недостатками прототипа являются: ограниченная стальными изделиями область эффективного использования охлаждения до отрицательных температур (наблюдаемое в сталях превращение остаточного аустенита в мартенсит); практическое отсутствие эффекта упрочнения для хорошо закаленного изделия (с насыщенным углеродом стабильным остаточным аустенитом, с наибольшей долей образовавшегося мартенсита, с наибольшей твердостью, но наименьшей ударной вязкостью); низкое качество упрочнения за счет односторонности эффекта повышения лишь твердости изделий, но снижения ударной вязкости, что определяет хрупкость изделий; отсутствие достаточной ударной вязкости при высокой твердости (в сталях после охлаждения, в твердых сплавах на кобальтовой, никелевой, титановой основах после серийной термообработки) является причиной их низкой эксплуатационной стойкости; особо ощущается недостаток ударной вязкости на поверхностях изделий, ответственных за разрушение; сквозное низкое качество упрочнения за счет охлаждения объемов изделий.

Цель изобретения повышение эксплуатационной стойкости изделий.

В способе упрочнения изделий охлаждением, например, в жидком азоте или охлажденной до отрицательных температур металлической дробью, в отличие от известного, охлажденные изделия подвергают обработке слабым периодическим магнитным полем, во-первых, генерацию магнитного поля в технологическом цикле осуществляют биполярными импульсами, во-вторых, магнитное поле в технологическом цикле генерируют с амплитудной и частотной модуляцией, в-третьих, с целью повышения статистической однородности, стабильности по разбросу значений, эксплуатационной стойкости.

Составляющими повышения эксплуатационной стойкости изделий являются: в случае стальных изделий: повышенное по сравнению с просто охлаждением содержания мартенсита, образующегося из нестабильного аустенита, вследствие инициирования мартенситного превращения, в результате увеличения амплитуды колебаний кристаллической решетки аустенита, которые стремятся превратить ее в решетку мартенсита; очевидно, переохлажденный аустенит делается полностью неустойчивым к самым незначительным воздействиям слабого магнитного поля с крутым передним фронтом импульса и фактически без необходимости преодоления существенного энергетического барьера превращается в решетку мартенсита; стимулирующее распад аустенита, возбуждение его решетки может быть вызвано изменением направления спиновых моментов электронов, в том числе в ядрах дислокаций, что сопровождается появлением упругих напряжений магнитострикционной природы и активацией дислокационных процессов; в случае и стальных изделий, и изделий из твердых сплавов на кобальтовой, никелевой, и титановой и др. основе: повышение ударной вязкости, трещиностойкости и статистической однородности результатов.

Способ реализуется следующим образом.

Изделия конкретного наименования подвергают охлаждению в область отрицательных (криогенных) температур, например, погружением в жидкий азот или обдувом предварительно охлажденной до отрицательных температур металлической дробью.

Охлажденные изделия подвергают обработке слабым периодическим магнитным полем на специальной установке. Функционально генератор выдает импульсы с определенной частотой, которые подаются на делитель частоты и электронное реле времени. При фиксации определенных значений частоты и времени работы можно установить определенные режимы работы установки. Пачка импульсов заданной частоты в течение заданного времени подает на схему выработки и усиления управляющих сигналов для заряда накопительных конденсаторов и разряда их на индикатор. Питание всей схемы осуществляется от блока питания, который состоит из силового трансформатора и схемы низковольтного стабилизированного источника напряжения для питания схем генератора, делителя частоты и электронного реле времени.

Осуществляют воздействие на охлажденные изделия последовательностью генерируемых импульсов, причем импульсов биполярных.

Осуществляют генерацию в технологическом цикле магнитного поля с амплитудной и частотной модуляцией. Обеспечивают отклик структурных несовершенств в широком диапазоне энергий активации (инициирования) процессов, что позволяет реализовать управляемое воздействие с целью повышения качества обработки за счет статистической однородности свойств материала изделий.

Контроль качества обработки осуществляется, например, путем рентгеновской люминесценции, экзоэлектронной эмиссии и др.

Конкретный пример.

Первую (а) партию цилиндрических образцов с диаметром рабочей части 14 мм из конструкционной стали мартенситного класса 30ХГСНА с поверхностью подготовленного микрошлифа по торцу подвергали охлаждению погружением в жидкий азот (в сосуд Дьюара) при -196^oC в течение 4 мин, первую (б) партию нагревали в последующем до температуры (-115^oC) выдержкой на воздухе в течение 5 мин.

Вторую партию аналогичных образцов при охлаждении в течение 4 мин обрабатывали униполярными импульсами магнитного поля на установке МИ-2 по режиму: напряжение на соленоиде 700 В (напряженность магнитного поля соответствует 1,0810⁵ A/м), частота следования импульсов 10 Гц. Длительность импульса равнялась 2,210^-3 c, а длительность переднего фронта (характеристика крутизны) 3710^-6 c.

Третью партию образцов аналогично обрабатывали биполярными импульсами на специализированной установке МБМП-1.

Четвертую партию образцов аналогично обрабатывали периодическим магнитным полем с амплитудной и частотной модуляцией на специализированной установке МБМП-3.

Регистрировали через 2 суток содержание -мартенсита и аустенита на поверхности образцов съемной на рентгеновском дифрактоетре ДРОН-2,0 интерференционных линий.

Результаты исследования представлены в табл. 1. Число образцов на точку

6 штук.

Видно, что воздействие на охлажденные образцы из стали 30ХГСНА магнитным периодическим полем, а тем более с генерацией биполярных импульсов, увеличивает содержание a-мартенсита за счет остаточного аустенита. Эффект усиливается как при увеличении температуры охлаждения, так и при введении генерации магнитных полей с амплитудной и частотной модуляцией. Кроме того в последнем случае наблюдается снижение разброса соотношениям Рм/Ра, т.е. повышение статистической однородности.

После аналогичной обработки испытывали твердосплавные сверла ВК6-ОМ при сверлении 3000 отверстий на гетинаксе (в производственных условиях при обработке печатных плат). На аналитических весах АДВ-200 измеряли массовый износ. Данные исследования приведены в табл. 2 (число сверл на точку 10 штук).

Видно, что реализация предлагаемого способа позволяет повысить эксплуатационную стойкость и статистическую однородность результатов (при доверительной вероятности 95%).

Кроме того заявляемое изобретение позволяет повысить надежность изделий в целом, снизить расход запасных частей (в сравнении с базовым объектом 3).