25.07.2019
219.017.b851

Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий из высокопрочного чугуна. Заготовку нагревают до температуры Ти деформируют в штампе. Производят монотонное охлаждение заготовки с температуры T до температуры Т в процессе пластической деформации и с температуры Т до температуры Т по завершении пластической деформации с сохранением давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна. Затем при сохранении указанного давления осуществляют непрерывное охлаждение заготовки до температуры Т со скоростью V и далее до температуры ТПри этом соблюдают следующие условия: 950°C<ТV; Т≤Т; Т≤Т, где T - температура солидус высокопрочного чугуна; Т - температура начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне; V - критическая скорость охлаждения - минимальная скорость, при которой происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит; Т - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне; Т - температура конца фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей способа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий из высокопрочного чугуна.

В машиностроении одной из главных проблем является повышение качества и эксплуатационных свойств изделий при уменьшении затрат на их изготовление. В частности, актуальна задача коренного улучшения качества изделий из чугуна. Чугуны используются для изготовления гильз двигателей внутреннего сгорания и компрессоров, пальцев траков гусеничных машин, шестерен, распределительных и коленчатых валов, зубчатых колес и других изделий. Традиционно эти изделия изготавливаются методами литья с последующей механической обработкой.

Одним из способов повышения прочностных и пластических свойств чугунных изделий является отливка их из чугуна с шаровидным графитом - высокопрочного чугуна, объем производства отливок из которого с каждым годом возрастает. Этот материал, по сравнению с углеродистой сталью или серым чугуном, обладает рядом преимуществ. Высокопрочный чугун характеризуется лучшими литейными свойствами, более плотной структурой, обладает высоким сопротивлением износу. Для него характерны: высокая теплостойкость, хладостойкость, коррозионная стойкость, он может подвергаться сварке и автогенной резке.

Однако в процессе литья изделий образуется большое количество брака по характерным литейным дефектам, которые частично можно устранить методами обработки металлов давлением. Поэтому деформирование литых заготовок из чугуна открывает весьма широкие перспективы повышения надежности и долговечности деталей машин и механизмов.

Поиск показал, что в настоящее время, помимо ряда исследовательских работ преимущественно теоретического характера, отсутствует положительный практический опыт изготовления штамповкой деталей из высокопрочного чугуна с получением стабильных гарантированных показателей штампованных изделий.

Начиная с 30-х годов прошлого века были опробованы различные способы деформирования чугуна и установлено, что этот процесс обладает определенной спецификой и существенно изменяет структуру и свойства литых заготовок.

К числу немногих известных, принятому за прототип, относится способ изготовления изделий (типа шестерня) из высокопрочного чугуна, согласно которому металл заливают в форму и охлаждают в интервале температур эвтектического затвердевания со скоростью 6-10°C/с, отливку извлекают из формы, нагревают до 950±50°C и штампуют в закрытом штампе со степенью деформации 70-90% поверхности и не более 10% внутренней части изделия (Авторское свидетельство СССР №1731836 А1, опубл. 07.05.1992).

К недостаткам известного способа следует отнести сложность его реализации и низкие технологические возможности, обусловленные, во первых, обязательностью комбинирования операции штамповки с оригинальной операцией литья, т.е. способ в большей степени можно отнести к комбинированной технологии, нежели к технологическому переходу, в частности - штамповки, а во вторых, обязательные ограничения по степени деформации существенно ограничивают номенклатуру изготавливаемых изделий.

Задачей изобретения является создание способа штамповки изделий из высокопрочного чугуна с получением стабильных гарантированных физических и эксплуатационных показателей.

Технический результат - повышение технологических возможностей за счет исключения ограничений по степени деформации получаемого изделия.

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в способе штамповки изделий из высокопрочного чугуна, включающем нагрев заготовки и ее пластическую деформацию в закрытом штампе, нагрев заготовки осуществляют до температуры Т1, деформацию заготовки в штампе с приданием ей формы изделия сопровождают ее монотонным охлаждением с температуры Т1 до температуры Т2 в процессе пластической деформации и с температуры Т2 до температуры Т3 по завершении пластической деформации с сохранением давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна, далее при сохранении давления в штампе ниже предела текучести высокопрочного чугуна осуществляют непрерывное охлаждение заготовки до температуры Т4 со скоростью Vo и далее до температуры Т5, при этом соблюдают следующие условия: 950°C<Т1<TC; 950°С≤Т2<TC; ТАп≤Т3<950°C; Vo>Vкр; Т4≤ТМн; Т5≤ТМк, где TC - температура солидус высокопрочного чугуна; ТАп - температура начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне; Vкр - критическая скорость охлаждения - минимальная скорость, при которой происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит; ТМн - температура начала фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне; ТМк - температура конца фазовых превращений аустенита в мартенсит в высокопрочном чугуне, предпочтительно устанавливать Т1=1147°C, Т2=950°C, Т3=727°C, Т4=250°C, Т5=20°C, Vo=80°C/с.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 - диаграмма фазовых превращений высокопрочного чугуна в процессе реализации заявленного способа;

Фиг. 2 - изделие «переходник конический».

Обозначения, приведенные на изображениях, имеют следующий смысл:

ГШ - температурный интервал горячей штамповки высокопрочного чугуна;

А1 - соответствует температуре ТАп начала аустенитно-перлитных превращений в высокопрочном чугуне;

Ап - аустенит переохлажденный;

Мн - соответствует температуре ТМн начала фазовых превращений аустенита переохлажденного в мартенсит в высокопрочном чугуне;

Мк - соответствует температуре ТМк конца фазовых превращений аустенита переохлажденного в мартенсит в высокопрочном чугуне;

М - мартенсит;

Аост - аустенит остаточный

Изобретение основано на следующем.

Экспериментально установлено, что высокопрочный чугун (в определении и номенклатуре действующего в РФ на момент подачи заявки ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки) обладает пластичностью, достаточной для его пластической деформации в изделие с сохранением сплошности материала и его физико-механических характеристик у изделия не хуже, чем в литом изделии, в интервале температур горячей штамповки (ГШ) от 950°C до температуры солидус Тс=1147°С. При этом, как показывают эксперименты, попытки штамповки выше температуры солидус приводят к разрушению заготовки и/или ее элементов ввиду собирательной рекристаллизации и/или оплавления по границам зерен. При температуре ниже 950°C резко увеличивается сопротивление деформированию высокопрочного чугуна с одновременным снижением пластичности, что приводит к появлению трещин и иного рода разрушений в изделии. Несмотря на небольшой температурный перепад, который составляет всего 197°C, его следует строго выдерживать при штамповке высокопрочного чугуна для исключения возможности получения бракованных изделий.

Процесс охлаждения отштампованного из высокопрочного чугуна изделия сопровождается следующими фазовыми превращениями. При охлаждении высокопрочного чугуна до температуры выше ТАп аустенит в его структуре является стабильным и его превращения в этих условиях протекать не могут. Для перехода аустенита в метастабильное состояние переохлажденного аустенита Ап требуется температура ниже точки А1, при этом он превращается в более стабильные ферритно-цементитные структуры. Левая кривая на Фиг. 1 соответствует началу превращения аустенита переохлажденного Ап в феррит + цементит. Правая кривая соответствует концу превращения аустенита переохлажденного Ап в феррит + цементит. Влияние скорости охлаждения на степень переохлаждения аустенита (температуру распада) относительно равновесной температуры ТАп показана на диаграмме (Фиг. 1). С увеличением скорости охлаждения понижается температура распада аустенита и тем мельче зерна образующейся ферритно-цементитной структуры. При низкой скорости охлаждения V1 переохлажденный аустенит Ап переходит в перлит, при увеличении скорости V2 образуется сорбит, при еще большей скорости V3 - троостит. Бейнит при непрерывном охлаждении аустенита обычно не образуется. При охлаждении со скоростью V0, превышающей критическую скорость Vкр аустенит переохлаждается до температуры ТМн, соответствующей точке Мн, и переходит в мартенсит. Однако не весь аустенит переходит в мартенсит, поэтому в структуре присутствует остаточный аустенит Аост. Значение критической скорости охлаждения зависит от устойчивости аустенита, определяющейся химическим составом высокопрочного чугуна.

В качестве иллюстрации заявленного способа рассмотрим следующий пример. Штамповке подвергались заготовки, изготовленные из центробежно-литых труб, из чугуна марки ВЧ-40, химический состав которого представлен в табл. 1, а механические характеристики в табл. 2.

Технологический процесс обжима из центробежно-литых труб коническим инструментом «переходника конического» с условным диаметром проходного сечения Dy=100 мм включает: отрезку мерной трубной заготовки с толщиной стенки 6 мм, внешним диаметром 119,8 мм и длиной 100 мм; предварительный нагрев заготовки до 1147°C (нагрев до 1146,(9)°C был бы предпочтительнее, однако с учетом характерной измерительной/установочной ориентировочно полупроцентной погрешности следует считать оптимальной Т1=1140°C); обжим заготовки в конической матрице с углом α=17°34' до внешнего диаметра 56,46 мм, с калибровочным размером Lкал=5 мм. Поскольку обжим коническим инструментом сопровождается благоприятным для высокопрочного чугуна напряженным состоянием со схемой всестороннего неравномерного сжатия при соблюдении упомянутых температурно-скоростных условий, то при коэффициенте обжима в этом примере Кобж=2,12 разрушения элементов заготовки не происходило, несмотря на высокую степень деформации ε=78% по всей толщине стенки. При этом температурно-скоростные условия охлаждения изделия как в процессе формоизменения при обжиме, так и после него, полностью соответствовали заявленному способу: 950°C<Т1<TC; 950°С≤Т2<TC; ТАп≤Т3<950°C; Vo>Vкр; Т4≤ТМн; Т5≤ТМк. Отштампованное изделие «переходник конический» представлено на Фиг. 2.

В рассмотренном примере скоростное условие охлаждения в штампе выполняется Vо>Vкр, т.к. тонкостенное изделие контактирует с массивными деталями штампа, температура которых относительно невелика Тшт=150°С, при этом температурный напор составляет ΔТ=1147-150=997°С. С учетом наружной и внутренней площадей контакта изделия с формоизменяющими деталями штампа и действующего в процессе охлаждения давления скорость охлаждения составляет Vo=80°C/с.

Таким образом, температурно-скоростные режимы, описанные в изобретении необходимо жестко выдерживать, которые изменяются на разных этапах реализуемой технологии и сопровождаются структурными превращениями. На этапе формоизменения в условиях горячей штамповки деформируется аустенитная структура, имеющая достаточно высокий показатель пластичности, поэтому на этом этапе разрушения заготовки не происходит. Далее при постоянном давлении и непрерывном охлаждении аустенит переохлажденный превращается в мартенсит, что сопровождается, с одной стороны, релаксацией остаточных напряжений в высокопрочном чугуне с повышением его пластических свойств, а с другой стороны, увеличением прочностных характеристик, т.к. мартенсит обладает повышенной прочностью. В совокупности это определяет хорошую штампуемость с приданием заготовке необходимой формы, а по завершении перехода аустенита переохлажденного в мартенсит изделие из высокопрочного чугуна приобретает высокое прочностные свойства, что также препятствует зарождению микротрещин, несмотря на высокую интенсивность накопленной деформации в процессе обработки давлением.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что при реализации изобретения поставленная задача - создание способа штамповки изделий из высокопрочного чугуна с получением стабильных гарантированных физических и эксплуатационных показателей - решена, а заявленный технический результат - повышение технологических возможностей за счет исключения ограничений по степени деформации получаемого изделия - достигнут.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле изобретения признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого технического результата.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к машиностроению, в частности, к области обработки металлов давлением и может быть использовано при штамповке изделий из высокопрочного чугуна;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.


Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна
Способ штамповки изделий из высокопрочного чугуна
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 84.
10.08.2016
№216.015.5356

Устройство адаптивного управления станком

Изобретение относится к области адаптивного управления металлорежущими станками. Устройство содержит датчики тока, напряжения и скорости вращения, установленные на электродвигателе главного движения станка, управляемый элемент памяти, последовательно соединенные мультиплексор, входы которого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594049
Дата охранного документа: 10.08.2016
24.08.2017
№217.015.9617

Пуансон для вытяжки полусферических деталей с плоским дном

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области обработки металлов давлением, и может быть использовано для вытяжки сферических деталей с плоским дном. Пуансон выполнен с переходным участком, соединяющим торцевую плоскую часть и боковую сферическую часть, в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608925
Дата охранного документа: 26.01.2017
25.08.2017
№217.015.a041

Способ токарной обработки

Способ включает относительное перемещение обрабатываемой детали и режущего инструмента с одновременной подачей в зону резания смазочно-охлаждающей технологической среды, подвергаемой вибрационному воздействию в диапазоне частот от 1 до 40 кГц. Смазочно-охлаждающая технологическая среда подается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606367
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.abb2

Способ изготовления композитных керамических изделий

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении композитных керамических изделий типа опорных элементов (например, колец/валов подшипников качения/скольжения) или инструментов типа чашечных резцов или режущих керамических пластин. Способ изготовления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612179
Дата охранного документа: 02.03.2017
25.08.2017
№217.015.abd4

Способ лазерной обработки пластически деформирующего инструмента из оксидной циркониевой керамики

Изобретение относится к инструментальной промышленности, а именно к способам обработки пластически деформирующего инструмента из оксидной циркониевой керамики (керамика на основе диоксида циркония ZrO-YO-ZrO). В способе лазерной обработки пластически деформирующего инструмента из диоксида...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612182
Дата охранного документа: 02.03.2017
25.08.2017
№217.015.b76c

Способ электроискрового легирования закаленных стальных деталей

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электрофизическим методам обработки закаленных стальных деталей электроискровым легированием. В способе электроискрового легирования закаленных стальных деталей осуществляют перенос легирующего материала электрода-инструмента на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614913
Дата охранного документа: 30.03.2017
25.08.2017
№217.015.b779

Способ изготовления проволочных спиралей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении спиралей преимущественно с малым внутренним диаметром из проволоки малого диаметра. Способ включает закрепление сматываемой с катушки через поводок проволоки на корпусе, расположение проволоки под определенным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614914
Дата охранного документа: 30.03.2017
25.08.2017
№217.015.ccc8

Устройство для синтеза и осаждения покрытий

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для синтеза и осаждения износостойких покрытий на изделиях в вакуумной камере. Устройство содержит вакуумную камеру, планарный магнетрон с плоской мишенью и источник питания разряда, соединенный положительным полюсом с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620845
Дата охранного документа: 30.05.2017
25.08.2017
№217.015.ccd3

Способ аддитивной обработки деталей из сплавов системы al-si

Изобретение относится к способу аддитивной обработки деталей из сплавов системы Al-Si и может быть использовано в машиностроительных отраслях для изготовления и восстановления малоразмерных изделий и их конструктивных элементов, преимущественно, поперечного размера в субмиллиметровом диапазоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620841
Дата охранного документа: 30.05.2017
25.08.2017
№217.015.cf31

Компаунд для антифрикционных покрытий

Изобретение относится к антифрикционным материалам на эпоксидной основе, предназначенным для формования покрытий узлов трения, в том числе сложной конфигурации, и может быть использовано в машиностроении, в частности в станкостроении. Изобретение включает (мас.ч.): эпоксидиановую смолу - 100,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621115
Дата охранного документа: 31.05.2017
Показаны записи 1-10 из 31.
27.03.2013
№216.012.30bf

Способ изготовления деталей типа "стакан с фланцем"

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении деталей типа стакана с фланцем. Исходную заготовку подвергают формоизменению в два перехода. На первом переходе осуществляют обратное выдавливание исходной заготовки с образованием внутренней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478017
Дата охранного документа: 27.03.2013
20.03.2014
№216.012.ab82

Штамп для углового прессования

Изобретение относится к обработке давлением металлов и сплавов и может быть использовано при получении изделий с повышенными механическими свойствами за счет образования мелкозернистой и однородной структуры. Штамп для углового прессования содержит бандаж, пуансон и матрицу. Матрица имеет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509621
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.06.2014
№216.012.d2a6

Способ углового прессования

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при получении заготовок и изделий с повышенными механическими свойствами. Производят пластическое деформирование заготовки посредством пуансона в сборной матрице. Матрица выполнена с пересекающимися входным,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519697
Дата охранного документа: 20.06.2014
27.08.2015
№216.013.7558

Способ получения композиционного плакированного порошка для нанесения покрытий

Изобретение относится к получению композиционных порошков для защитных износостойких покрытий. Готовят смесь неметаллической керамической компоненты и металлического порошка при массовом соотношении 1:(1-4). Неметаллическую компоненту используют с размером фракций, составляющим 1/100 размера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561615
Дата охранного документа: 27.08.2015
20.11.2015
№216.013.904b

Способ получения наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения покрытий методами газодинамического и газотермического напыления

Изобретение относится к получению наноструктурированного конгломерированного порошкового материала для нанесения износо-коррозионностойких покрытий гизодинамическим и газотермическим напылением. Проводят диспергирование наноструктурного материала в жидкую среду посредством ультразвука и сушку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568555
Дата охранного документа: 20.11.2015
10.12.2015
№216.013.9849

Устройство для канального углового прессования

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к устройствам для интенсивной пластической деформации, и предназначено для изготовления заготовок преимущественно из цветных сплавов с повышенными механическими свойствами и увеличенным коэффициентом использования металла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570605
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.12.2015
№216.013.984a

Устройство для канального углового прессования

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к устройствам для интенсивной пластической деформации, и предназначено для изготовления заготовок преимущественно из цветных сплавов с повышенными механическими свойствами и увеличенным коэффициентом использования металла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570606
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.01.2016
№216.013.a054

Штамп совмещенного действия для получения изделия с осесимметричным фланцем из трубной заготовки

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к штампу для изготовления изделий с осесимметричным фланцем из трубных заготовок. Подвижная плита с пуансоном и промежуточной матрицей и промежуточная плита выполнены с возможностью перемещения в осевом направлении. На...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572686
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.01.2016
№216.013.a2c3

Способ получения композиционного армированного порошкового материала

Изобретение относится к получению композиционного армированного порошкового материала для нанесения покрытий холодным сверхзвуковым газодинамическим напылением. Смешивают матричный порошок металлов или их сплавов и армирующий нанопорошок с размером частиц от 1 нм до 100 нм, в полученную смесь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573309
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.02.2016
№216.014.c56b

Вертикальный штамповочный молот с гидравилическим приводом

Изобретение относится к кузнечно-штамповочному оборудованию для изготовления плоских или низких заготовок с удлиненной осью. Штамповочный молот содержит станину со стойками, имеющими направляющие, в которых вдоль вертикальной оси молота перемещается ударная баба. На стойках установлена плита с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574623
Дата охранного документа: 10.02.2016

Похожие РИД в системе