Способ объемного упрочнения стальных заготовок

СПОСОБ ОБЪЕМНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК(71) Заявитель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(72) Авторы Ушеренко Сергей Миронович Дыбов Олег Антонович(73) Патентообладатель Государственное учреждение Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производством(57) Способ объемного упрочнения стальных заготовок путем обработки их высокоскоростной струей легирующего вещества, отличающийся тем, что перед обработкой стальную заготовку или комплект заготовок с диаметром торцевой поверхности, не превышающим диаметра струи легирующего вещества, помещают в обойму и устанавливают в грунте на металлический цилиндр, причем отношение общей массы цилиндра и заготовки или комплекта заготовок к массе легирующего вещества струи составляет 10-36. Изобретение относится к области динамической обработки материалов и предназначено для повышения технологических параметров материалов. Данное изобретение применяется для повышения эксплутационных характеристик (износостойкости) инструментальной стали. Известен способ объемного упрочнения стальных заготовок, включающий подготовку стальной заготовки механической обработкой, термическое упрочнение и механическую доводку (Геллер Ю.А. Инструментальные стали. - М. Металлургия, 1975. - С. 442-443). Данный способ позволяет повысить износостойкость инструментальной стали только изменением ее химического состава, что экономически не эффективно и имеет свои ограничения. Наиболее близким к предложенному изобретению является способ изготовления инструмента включающий дополнительную операцию упрочнения заготовок стали по объему высокоскоростной струей легирующего вещества и механическую обработку до удаления микрокрократеров соударения частиц (А.с. СССР 703585, МПК С 21 9/22, 1979 // Бюл.46). Однако выполнение такой последовательности операций обеспечивает эффективное упрочнение (повышение износостойкости по глубине не более чем в 1,4 раза) на глубину заготовок, не превышающую 40 мм. Под давлением струи, имеющей по ее диаметру высокий градиент плотности и скорости, заготовки при обработке проваливаются в грунт на различные глубины, т.е. расстояние между кумулятивной линзой и заготовкой увели 8408 1 2006.08.30 чивается. Это снижает давление струи на заготовки, а так как давление, создаваемое струей, определяет проникание частиц в сталь (ее упрочнение), следовательно, уменьшается глубина обработки (упрочнения). В процессе осевого смещения относительно друг друга находящиеся под давлением струи заготовки из-за высокого поперечного градиента давления, вызываемого боковой разгрузкой, искривляются. Все это снижает эффективность использования порошкового состава и взрывчатого вещества, высок процент заготовок,требующих дополнительной механической обработки (выпрямления) заготовок. В конечном итоге, это приводит к удорожанию всего процесса. Задачей данного изобретения является повышение глубины эффективного упрочнения стальных заготовок и удешевление процесса получения инструментального композиционного материала. Технический результат достигается тем, что в способе объемного упрочнения стальных заготовок путем обработки их высокоскоростной струей легирующего вещества, перед обработкой стальную заготовку или комплект заготовок с диаметром торцевой поверхности, не превышающим диаметра струи легирующего вещества, помещают в обойму и устанавливают в грунте на металлический цилиндр, причем отношение общей массы цилиндра и заготовки или комплекта заготовок к массе легирующего вещества струи составляет 10-36. Установка заготовок в грунте в обойме предотвращает поперечное смещение их в процессе соударения со струей, снижает эффект боковой разгрузки заготовок и их искривление, особенно и в первую очередь длинномерных. Грунт выполняет роль демпфирующей среды заготовок в процессе соударения их со струей. Введение сплошного металлического цилиндра определенных формы и длины предотвращает смещения заготовок относительно друг друга и ограничивает общее смещение вниз при динамическом нагружении, то есть препятствует интенсивному увеличению расстояния между заготовками и кумулятивной линзой, влияющего на эффективность обработки. Снижение указанного отношения меньше 10 оказывается малоэффективным при процессе торможения общего движения заготовок во втулке вниз. Увеличение этого значения более 36 приводит к увеличению габаритов устройства и не приводит к повышению эффективности упрочнения. Проведение упрочнения струей перед механической и термической обработкой заготовок позволяет использовать для упрочнения длинномерные заготовки, а потом изготавливать из полученного материала изделия меньшего размера. Все это приводит к значительной экономии взрывчатого вещества, легирующего порошка, расходных материалов оснастки. Снижается трудоемкость за счет проведения меньшего количества самих процессов обработки и количество процента бракованных заготовок за счет появляемых сколов, трещин и разрушений подвергнутой ударному нагружению закаленной стали. Пример Обработка заготовок струей легирующего вещества производилась порошковым составом на основе карбида кремния. Масса алюминиевой кумулятивной линзы, заполненной порошковым составом, составляла 76 г. В качестве источника энергии формирования струи использовалось взрывчатое вещество - аммонит 6 Ж весом 250 г. Обрабатывались заготовки из стали Р 6 М 5 диаметром 12 мм. Комплект заготовок имел диаметр, равный диаметру обоймы, представляющей собой толстостенный полый цилиндр. После обработки образцы протачивали до диаметра 10 мм и со стороны взаимодействия со струей поверхность обрабатывали до удаления микрократеров (0,5-2 мм). Образцы длинной более 60 мм разрезались на отрезки до 60 мм и термообрабатывались по режиму, стандартному для стали Р 6 М 5. Испытания на износостойкость производились путем трения об абразивный круг на основе карбида кремния. Параллельно испытывались такие же образцы из не упрочненной стали Р 6 М 5. Относительную износостойкость определяли отношением 2 8408 1 2006.08.30 потери массы за единицу времени испытания упрочненной стали к без упрочнения. Износостойкость стали определяли по всей длине образцов. Результаты испытания приведены в таблице. Сравнительные результаты испытаний на износостойкость стали Р 6 М 5 Отношение обДлина обраСредняя отнощей массы заго- Глубина эффек батываемых сительная изтовок и балласт- тивного упрочносостойкость п/п заготовок,ного элемента к нения, мм мм стали массе струи 1 Примечание Сталь без обработки Без металлического цилиндра С металлическим цилиндром-//-//-//-// Из приведенных данных видно, что достигаемая эффективная глубина упрочнения(относительная износостойкость выше значения 1,4) 210-240 мм, что позволяет снизить затраты взрывчатых материалов, порошковых материалов и вспомогательных при получении обработанных заготовок длинной 40 мм в 5,25-6 раз. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3