способ защиты сталей от коррозии

Формула изобретения

1. Способ защиты сталей от коррозии, включающий обработку поверхности стали с помощью индентора, прижимаемого рабочей поверхностью к обрабатываемой поверхности стали с перемещением относительно обрабатываемой поверхности и закрепленного на волноводе, совершающем под воздействием генератора ультразвуковые колебания, отличающийся тем, что предварительно определяют ширину d зоны обработки при единичном проходе индентора, шаг перемещения индентора при обработке принимают от 0,5d до d, а амплитуду колебаний индентора принимают не менее 0,5Rz, где Rz - исходная шероховатость обрабатываемой поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обработке поверхности стали с помощью индентора, рабочая поверхность которого в осевых сечениях имеет переменную кривизну, ширину зоны обработки d при единичном проходе индентора регулируют путем поворота индентора вокруг оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области защиты сталей от таких видов коррозии, как коррозионное растрескивание под напряжением, межкристаллитная коррозия, питтинговая коррозия, щелевая коррозия, общая коррозия.

Известен способ защиты от питтинговой и межкристаллитной коррозии стали марки 45Г17ЮЗ, включающий обработку поверхности стали с помощью прижимаемого рабочей поверхностью к обрабатываемой поверхности стали и с неупорядоченным перемещением относительно обрабатываемой поверхности ударника (в дальнейшем - индентора), совершающего ультразвуковые колебания [1].

Недостатком данного способа является неравномерность обработки вследствие несогласованности параметров, характеризующих условия обработки, в результате чего на различные участки поверхности приходится произвольное число воздействий индентора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ поверхностной обработки металлов, включающий обработку поверхности стали с помощью прижимаемого рабочей поверхностью к обрабатываемой поверхности стали и с перемещением относительно обрабатываемой поверхности индентора, закрепленного на волноводе, совершающем под действием генератора ультразвуковые колебания [2].

Пластическое деформирование поверхности обеспечивает защиту сталей от коррозии [3] , исходя из чего назначением известного способа можно считать защиту сталей от коррозии.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая производительность процесса защиты, т.е. многократная обработка поверхности из-за несогласованности параметров (подачи и амплитуды колебаний индентора).

Задачей предлагаемого способа является повышение производительности процесса защиты за счет достижения следующего технического результата: каждый участок поверхности должен обрабатываться не менее одного и не более двух раз.

Предлагается способ защиты сталей от коррозии, включающий обработку поверхности стали с помощью прижимаемого к поверхности стали и с перемещением относительно обрабатываемой поверхности индентора, закрепленного на волноводе, совершающем под воздействием генератора ультразвуковые колебания, при этом до начала обработки определяют ширину d зоны обработки при единичном проходе индентора и принимают шаг (подачу) перемещения индентора при обработке от 0,5 d до d, а амплитуду колебаний индентора принимают не менее 0,5 Rz, где Rz - исходная шероховатость обрабатываемой поверхности.

В частном случае, когда рабочая поверхность индентора имеет в осевых сечениях переменную кривизну, имеется возможность регулировки ширины d зоны обработки за счет поворота индентора вокруг его оси.

К существенным признакам предлагаемого способа относится совокупность действий: обработка поверхности стали с помощью индентора, предварительное определение ширины d зоны обработки при единичном проходе индентора, а также условия осуществления действий: наличие ультразвуковых колебаний индентора с определенной амплитудой, шаг (подача) перемещения индентора относительно обрабатываемой поверхности, шероховатость исходной поверхности детали, а также радиус кривизны рабочей поверхности индентора.

От наиболее близкого аналога предлагаемый способ отличается следующими признаками:

предварительно определяют ширину d зоны обработки при единичном проходе индентора и шаг (подачу) перемещения индентора при обработке принимают от 0,5 d до d;

амплитуду колебаний индентора принимают не менее 0,5 Rz, где Rz - исходная шероховатость обрабатываемой поверхности;

для инденторов, рабочая поверхность которых в осевых сечениях имеет переменную кривизну, размер d регулируют поворотом индентора вокруг его оси.

Совокупность всех существенных признаков предлагаемого способа обеспечивает достижение требуемого технического результата.

Защита от коррозии обработанной поверхности обусловлена рядом причин: изменением структуры поверхностного слоя (формирование двойниковой субструктуры, изменение фазового состава зернограничного ансамбля) [1], возникновением в поверхностном слое сжимающих напряжений, уменьшением шероховатости поверхности.

Производительность характеризуется площадью поверхности, обрабатываемой в единицу времени, т.е. произведением скорости перемещения индентора на значение шага (подачи) и на величину, обратную количеству проходов n.

Новый технический результат достигается тем, что предварительно определяют ширину d зоны обработки, исходя из твердости обрабатываемой поверхности, радиуса кривизны рабочей поверхности индентора в направлении, перпендикулярном к скорости V, амплитуды, усилия прижима, мощности генератора и проводят обработку поверхности с шагом (подачей) S перемещения индентора, выбираемым из интервала 0,5 d до d. При данном шаге (подаче) каждый участок поверхности обрабатывается не менее одного и не более двух раз, если исключены повторные проходы.

Количество проходов зависит от соотношения амплитуды колебаний индентора и шероховатости Rz обрабатываемой поверхности. Для исключения повторных проходов индентора при обработке амплитуду принимают не менее 0,5 Rz.

Существенное влияние на производительность оказывает скорость перемещения V, однако в связи с тем, что качество обработки при изменении скорости V изменяется несущественно, ограничение скорости V обусловлено возможностями применяемого оборудования и вибрационными характеристиками системы "станок-деталь".

В случае, когда рабочая поверхность индентора в осевых сечениях взаимно перпендикулярными плоскостями имеет отличающиеся друг от друга радиусы кривизны r1 и r2, ширину d зоны регулируют поворотом индентора вокруг его оси, т. к. при этом радиус кривизны рабочей поверхности индентора в направлении скорости V изменяется от r1 до r2.

Совокупность отличительных признаков заявляемого изобретения позволяет повысить производительность процесса обработки, т.к. любой участок поверхности обрабатывается не менее одного и не более двух раз при обеспечении требуемого качества защиты от различных видов коррозии.

Изобретение поясняется чертежами, где показана схема ультразвуковой обработки поверхности с сечениями индентора и обрабатываемой поверхности в направлениях, параллельном (фиг. 1) и перпендикулярном (фиг.2) к скорости V, где условно изображена поверхность детали до и после обработки, а также зона обработки шириной d для одиночного прохода.

При воздействии индентора 1, имеющего скругленную радиусами r1 и r2 (в общем случае r1 не равен r2) рабочую поверхность, на обрабатываемую поверхность 2, имеющую шероховатость Rz, происходит поверхностное пластическое деформирование выступов и заполнение впадин поверхности. В результате формируется поверхность 3.

Способ опробован при обработке труб из стали марки 08Х18Н10Т с шероховатостью наружной поверхности Rz = 6,28 мкм для трубопроводов, работающих под давлением в хлорсодержащей среде.

Обработка выполнялась на токарном станке, в резцедержателе которого был закреплен волновод с индентором, рабочая поверхность которого имела радиусы кривизны r1 = 4 мм и r2 = 2 мм.

Перед началом обработки при включенном генераторе индентор с силой 60 Н был прижат к поверхности трубы, после чего было сделано несколько оборотов станка с подачей заведомо большей d и по профилограмме с учетом масштаба профилограммы определена ширина зоны обработки d = 0,4 мм. Амплитуда колебаний индентора 5 - 7 мкм.

В соответствии с полученной величиной d была назначена подача S = 0,35мм/об (должна быть от 0,2 до 0,4 мм/об), после чего была произведена обработка всей трубы. После обработки шероховатость поверхности составила Rz = 1,78 мкм.

Проведенные качественные испытания образцов, обработанных предлагаемым способом, в условиях таких агрессивных сред, как кипящий 42%-ный раствор MgCl₂, показали, что трубы, обработанные предлагаемым способом, имеют более высокую устойчивость к общей коррозии и коррозионному растрескиванию.

Таким образом, описываемый способ позволяет с повышенной производительностью процесса выполнять защиту сталей от коррозии.

Источники информации

1. Привалова О.Б., Корниенко Л.А. и др. Субструктура и коррозия аустенитной стали 45Г17Ю3. - Физика и химия обработки металлов, 1997, 3, с. 1-10.

2. Голядкин И.П. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Советская энциклопедия. - М.: 1979, с. 254 и 255.

3. Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1968, с. 121.