[go: up one dir, main page]

RU2325450C1 - Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей - Google Patents

Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей Download PDF

Info

Publication number
RU2325450C1
RU2325450C1 RU2006129781/02A RU2006129781A RU2325450C1 RU 2325450 C1 RU2325450 C1 RU 2325450C1 RU 2006129781/02 A RU2006129781/02 A RU 2006129781/02A RU 2006129781 A RU2006129781 A RU 2006129781A RU 2325450 C1 RU2325450 C1 RU 2325450C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hours
corrosion
drum
manufacture
heads
Prior art date
Application number
RU2006129781/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006129781A (ru
Inventor
Игорь Андреевич Воробьев (RU)
Игорь Андреевич Воробьев
Алексей Игоревич Воробьев (RU)
Алексей Игоревич Воробьев
Евгений Геннадьевич Благин (RU)
Евгений Геннадьевич Благин
Алексей Иванович Лашин (RU)
Алексей Иванович Лашин
Олег Александрович Банных (RU)
Олег Александрович Банных
Мари Владимировна Костина (RU)
Мария Владимировна Костина
Виктор Михайлович Блинов (RU)
Виктор Михайлович Блинов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Велес"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Велес" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Велес"
Priority to RU2006129781/02A priority Critical patent/RU2325450C1/ru
Publication of RU2006129781A publication Critical patent/RU2006129781A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2325450C1 publication Critical patent/RU2325450C1/ru

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургиии и может быть использовано в автомобилестроении, судостроении и химическом машиностроении. Для изготовления крепежных изделий сложной формы с пределом прочности, превышающим 1400 МПа, и высокими показателями пластичности (ψ>55% и δ>25%) предварительно термообработанную заготовку подвергают механической обработке, включающей операции высадки головки методом холодного пластического деформирования и накатывания резьбы, причем после накатывания резьбы детали подвергают закалке путем нагрева в соляной ванне при 1000-1050°С и охлаждения в воде, а затем отпуску в каустической ванне при 400-450°С в течение 1-2 час, с последующей дополнительной обработкой не менее 10 час во вращающемся барабане смесью стальных шариков диаметром 0,002-0,005 м и деревянных кубиков с высотой ребра 0,02-0,03 м. Кроме того, обработку во вращающемся барабане осуществляют со скоростью вращения барабана 40-50 об/мин с изменением направления вращения через каждые 2 мин. 1 з.п. ф-лы.

Description

Область изобретения
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления стержневых деталей с головками из экономнолегированных коррозионностойких азотсодержащих сталей путем изменения их физико-механических свойств в процессе холодного пластического деформирования и последующей термической обработки, и может быть использовано в авиакосмической технике, а также в автомобилестроении, судостроении и химическом машиностроении.
Уровень техники
Для целого ряда конструкций, там, где снижение веса не является решающим фактором повышения технических характеристик, например, повышение грузоподъемности летательных аппаратов, основным фактором становится стоимость всей конструкции и ее конкурентоспособность на рынке при прочих равных условиях.
Известен способ изготовления стержневых деталей с головками из псевдо-βтитановых сплавов, включающий операцию прокатки прутков при температуре ниже (α+β)/β - перехода и последующую холодную пластическую деформацию с последующими операциями: обкатка радиуса под головкой и стержня, накатывание резьбы и старение изделий при 450-550°С в течение 8-10 ч (патент РФ №2156829, МПК C22F 1/18, В21К 1/44 опубл. 27.09.2000).
Однако изделия, изготовленные этим способом, не обеспечивают увеличение прочностных характеристик до уровня возросших требований современной техники и, кроме того, являются дорогостоящими. (К примеру, увеличение содержания ванадия до 18% по массе существенно увеличивает стоимость изделий). Следует отметить и большой разброс механических свойств изделий, вызванный химической неоднородностью сплавов в связи с высокой степенью их легирования и большой чувствительностью процесса старения к содержанию примесей внедрения.
В настоящее время наиболее перспективным является производство так называемых экономнолегированных нержавеющих сталей с использованием азота для повышения коррозионной стойкости, снижением содержания легирующих элементов, например марганца и особенно ванадия. Стали данного класса мало чувствительны к концентраторам напряжений и к скорости деформации, являются более экономичными, имеют более низкий, по сравнению с титановыми сплавами, коэффициент упрочнения, что позволяет увеличить стойкость холодновысадочного инструмента при изготовлении стержневых деталей с головками. В то же время, указанные стали имеют низкие показатели прочности и пластичности. Так, например, прочность в закаленном виде хромомарганцевоникелевой стали с азотом 12Х17Г9АН4 (А=0,15-0,25) составляет в закаленном виде σ=700 МПа; показатель пластичности хромоникельмолибденовой стали с азотом 1Х15Н4АМ3-Ш (А=0,05-0,10) составляет ψ=50%; показатели хромоникелькремнемарганцовистой стали Х18Н5Г9АС4 (А=0,15-0,25) σв=800 МПа после закалки, ψ=50% (Справочник Авиационные материалы, ОНТИ, 1975, т.2, с.28, 101, 304). Низкие показатели прочности и пластичности препятствуют в полной мере использовать данные стали для производства крепежных деталей сложной формы методом холодного пластического деформирования.
Известен способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей, в качестве которой приводится сталь состава, в мас.%: углерод 0,005÷0,07; кремний не более 1,0; марганец не более 1,8; хром 12,5÷17,0; никель 2,0÷8,0; молибден + 3 вольфрам 0,05÷4,5; азот 0,005÷0,15; бор 0,0001÷0,01; по крайней мере, один из компонентов: алюминий, титан, ниобий, ванадий - 0,01÷5,0; железо и примеси - остальное. При этом (Mo+3·W)≤(k1-Cr·a1), где k1=15,9, a1=0,87, а также Ni=k2·a2·(Cr+Mo+W), где k2=16,25±1,5, a2=0,7±0,1.
Согласно известному способу заготовки из стали указанного состава, преимущественно цилиндрической формы, предварительно подвергают термообработке, после этого заготовки режутся на мерные прутки, затем производится высадка головки в холодном или горячем состоянии с последующей предварительной термообработкой, осуществляемой в режиме: нагрев до 900-1150°С, выдержка 1-100 мин, охлаждение на воздухе или в среде с повышенной охлаждающей способностью, например воде или масле, после чего производят повторную термообработку с режимами нагрев и выдержка изделий при температуре 300-650°С в течение 2-17 ч с последующим охлаждением на воздухе или в среде с повышенной охлаждающей способностью, например воде или масле. После проведения термообработки наносят резьбу методом накатки или нарезки и получают изделие в виде болта или винта (патент РФ №2270269, МПК С22С 38/58, С22С 38/54, C21D 6/06, опубл. 20.02.2006).
Как показали эксперименты, крепежные детали сложной формы, изготовленные в условиях известного способа, имеют неудовлетворительные показатели прочности и пластичности, что в целом делает данный способ неэффективным.
Сущность изобретения
Заявляемое изобретение направлено на разработку высокоэффективного способа изготовления стержневых деталей с головками из коррозионностойких азотсодержащих экономнолегированных сталей, позволяющего изготавливать крепежные детали сложной формы с пределом прочности, превышающим 1400 МПа и повышенными показателями пластичности.
Отмеченный выше технический результат достигается тем, что в способе изготовления стержневых деталей с головками из коррозионностойких азотсодержащих экономнолегированных сталей, включающем предварительную термообработку заготовок, механическую обработку, включающую операции высадки головки методом холодного пластического деформирования и накатывания резьбы, согласно заявляемому изобретению после накатывания резьбы детали подвергают закалке путем нагрева в соляной ванне при 1000-1050°С и охлаждением в воде, отпуску в каустической ванне при 400-450°С в течение 1-2 ч с последующей дополнительной обработкой не менее 10 ч во вращающемся барабане смесью стальных шариков диаметром 0,002-0,005 м и деревянных кубиков с высотой ребра 0,02-0,03 м. Кроме того, обработку во вращающемся барабане осуществляют со скоростью вращения барабана 40-50 об/мин с изменением направления вращения через каждые 2 мин.
Сущность заявляемого способа состоит в следующем.
В результате проведенных исследований было установлено, что проведение предлагаемой термической и механической обработки (в установленной последовательности и режимах) сложных стержневых деталей, изготовленных из коррозионностойких азотсодержащих экономнолегированных сталей методом холодного пластического деформирования, позволяет получать изделия с пределом прочности, превышающим 1400 МПа, и высокими показателями пластичности (ψ>55% и δ>25%).
Так, исследования показали, что после накатывания резьбы детали целесообразно подвергнуть закалке путем нагрева в соляной ванне при 1000-1050°С с последующим охлаждением в воде. Установлено, что закалка с температуры выше 1050°С приводит к снижению прочностных характеристик изделий, тогда как проведение данной операции при температуре ниже 1000°С приводит к снижению пластических характеристик.
Оптимальный режим последующей операции - отпуска в каустической ванне также был определен экспериментально и составил 400-450°С в течение 1-2 ч. Отпуск при температуре выше 450°С приводит к снижению прочности за счет укрупнения частиц карбонитридов хрома. Время выдержки 1-2 часа обеспечивает получение максимальной прочности и пластичности. Отпуск при температуре 400-450°С с выдержкой менее 1 часа и более 2 часов приводит к получению более низкой прочности: при выдержке менее 1 часа не выделяются дисперсные частицы нитридов, упрочняющие сплав, а выдержка более 2 часов приводит к разупрочнению за счет укрупнения частиц карбонитридов хрома.
Было установлено, что после операции «отпуск» прочность по сечению изделия одинакова и в сочетании с высокой пластичностью, позволяет получать изделия не чувствительные при испытаниях с перекосом под головкой изделия. Высокая пластичность материала позволяет гасить возникающие перегрузки и неровности опорных поверхностей.
Проведение следующей операции - гидрополировки изделий стальными шариками в смеси с деревянными кубиками во вращающемся барабане приводит к дополнительному увеличению коррозионной стойкости изделий и увеличению характеристик выносливости.
Смена направлений вращения барабана при этом позволяет периодически возвращать в зону обработки шарики более крупных размеров, что дополнительно интенсифицирует процесс обработки.
Наличие деревянных кубиков вместе с шариками увеличивает качество отделки поверхности изделия, повышает чистоту поверхности, доводя ее до зеркального блеска (Ra=0,09-0,15 мкм). Обработка поверхности шариками и кубиками с размерами, выходящими за заявляемые пределы, приводит к снижению эффективности обработки.
Режимы и параметры операции гидрополировки были установлены экспериментально, исходя из достижения оптимальных показателей процесса. Исследования показали, что снижение скорости вращения барабана ниже 40 об/мин уменьшает степень нагартовки, а превышение заявляемого верхнего предела скорости, равного 50 об/мин, экономически нецелесообразно. Оптимальное время обработки составляет не менее 10 часов. Превышение заявляемого режима экономически нецелесообразно.
Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением указанного выше технического результата.
Пример 1
На прутки из коррозионностойкой, азотосодержащей стали 05Х16Н5АБ ⌀8,5 мм в виде серебрянки, термообработанных на заводе-поставщике на минимальную прочность и максимальную пластичность, наносилось твердое оксалатное покрытие. Затем методом холодного пластического деформирования изготавливались винты М 7×1 с наружной 12-шлицевой головкой и с внутренним многогранным шлицем.
При изготовлении проводили многократное редуцирование стержня со скоростью 0,5-1,0 м/с. Далее накатывали резьбу на резьбонакатном станке со скоростью 20 об/мин, в течение 0,5 с, при этом величина радиуса во впадине резьбы составляла 0,20 величины шага резьбы. После этого изделия термообрабатывались путем нагрева в соляной ванне при t=1000°C и охлаждались на воду. Затем производился отпуск при t=400°C, 2 часа в каустической ванне с охлаждением в воде. После этого изделия подвергались специальной обработке 0,3-0,5% во вращающемся барабане в смеси стальных шариков диаметром 0,002-0,005 м и деревянных кубиков с высотой ребра 0,02-0,03 м со скоростью вращения барабана 50 об/мин, с изменением направления вращения барабана через каждые 2 минуты. Продолжительность процесса обработки составляла 10 часов.
Статические и динамические свойства изделий, определенные по результатам статических и усталостных испытаний, приведены ниже:
σв-1420-1500 МПа
σ0,2 - 1022-1079 МПа
τср - 940-950 МПа
ψ, % min - 62,5
Многоцикловая усталость при К=0,42 Npp - 146300
Пример 2
На прутки из коррозионностойкой азотосодержащей стали 05Х16Н5АБ ⌀7,8 мм в виде обточенных прутков, термообработанных на заводе-поставщике на минимальную прочность и максимальную пластичность, наносилось твердое оксалатное покрытие. Затем методом холодного пластического деформирования изготавливались болты М 8×1,25 с шестигранной головкой. При изготовлении болтов проводили редуцирование стержня со скоростью 0,5-1,0 м/с. Далее накатывали резьбу на резьбонакатном станке со скоростью 20 об/мин, в течение 0,5 с, при этом величина радиуса во впадине резьбы составляла 0,20 величины шага резьбы. После этого болты термообрабатывались путем нагрева в соляной ванне при t=1000°C и охлаждались на воду. Затем производился отпуск при t=400°C, 2 часа в каустической ванне с охлаждением в воде. После этого болты подвергались специальной обработке 0,3-0,5% во вращающемся барабане в смеси стальных шариков диаметром 0,002-0,005 м и деревянных кубиков с высотой ребра 0,02-0,03 м со скоростью вращения барабана 50 об/мин с изменением направления вращения барабана через каждые 2 минуты. Продолжительность процесса обработки составляла 10 часов.
Статические и динамические свойства изделий, определенные по результатам статических и усталостных испытаний, приведены ниже
σв - 1420-1500 МПа
σ0,2 - 1022-1079 МПа
τср - 940-950 МПа
ψ, % min - 62,5
Многоцикловая усталость при К=0,4 Npp - 180000
Таким образом, заявляемый способ позволяет изготавливать обладающие высокими прочностными и усталостными характеристиками стержневые детали с головками из экономнолегированных коррозионно-стойких азотсодержащих сталей. Стоимость прутков из сталей данного класса на порядок ниже стоимости прутков из высокопрочных титановых сплавов, что существенно снижает себестоимость изделий. Температурная область применения изделий увеличивается до 450°С без ограничения ресурса. Кроме того, изготовленные изделия могут успешно эксплуатироваться в морской воде и 3,5% растворе HCl, что дает возможность использовать их взамен титановых при разнообразных климатических условиях с высокой степенью эксплуатационной надежности.

Claims (2)

1. Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей с пределом прочности, превышающим 1400 МПа, включающий предварительную термообработку заготовок, механическую обработку, содержащую операции высадки головки холодным пластическим деформированием и накатывания резьбы, отличающийся тем, что после накатывания резьбы детали подвергают закалке путем нагрева в соляной ванне при 1000-105 0°С и охлаждения в воде, а затем отпуску в каустической ванне при 400-450°С в течение 1-2 ч, с последующей дополнительной обработкой не менее 10 ч во вращающемся барабане смесью стальных шариков диаметром 0,002-0,005 м и деревянных кубиков с высотой ребра 0,02-0,03 м.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку во вращающемся барабане осуществляют со скоростью вращения барабана 40-50 об/мин с изменением направления вращения через каждые 2 мин.
RU2006129781/02A 2006-08-17 2006-08-17 Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей RU2325450C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129781/02A RU2325450C1 (ru) 2006-08-17 2006-08-17 Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006129781/02A RU2325450C1 (ru) 2006-08-17 2006-08-17 Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006129781A RU2006129781A (ru) 2008-02-27
RU2325450C1 true RU2325450C1 (ru) 2008-05-27

Family

ID=39278477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006129781/02A RU2325450C1 (ru) 2006-08-17 2006-08-17 Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2325450C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548339C1 (ru) * 2013-10-02 2015-04-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ термомеханической обработки экономнолегированных сталей

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2119858C1 (ru) * 1997-08-07 1998-10-10 Открытое акционерное общество "Уральская промышленная компания нефтяного машиностроения" Способ производства насосных штанг
RU2215815C1 (ru) * 2002-11-18 2003-11-10 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Коррозионно-стойкая сталь
RU2270268C1 (ru) * 2005-02-01 2006-02-20 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Коррозионно-стойкая сталь и изделие из нее
RU2270269C1 (ru) * 2005-02-01 2006-02-20 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Сталь, изделие из стали и способ его изготовления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2119858C1 (ru) * 1997-08-07 1998-10-10 Открытое акционерное общество "Уральская промышленная компания нефтяного машиностроения" Способ производства насосных штанг
RU2215815C1 (ru) * 2002-11-18 2003-11-10 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Коррозионно-стойкая сталь
RU2270268C1 (ru) * 2005-02-01 2006-02-20 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Коррозионно-стойкая сталь и изделие из нее
RU2270269C1 (ru) * 2005-02-01 2006-02-20 Закрытое акционерное общество "Ижевский опытно-механический завод" Сталь, изделие из стали и способ его изготовления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548339C1 (ru) * 2013-10-02 2015-04-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Способ термомеханической обработки экономнолегированных сталей

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006129781A (ru) 2008-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2725391C2 (ru) Обработка альфа-бета-титановых сплавов
EP2619341B1 (en) Method to produce high strength alpha/beta titanium alloy fasteners
US20120076611A1 (en) High Strength Alpha/Beta Titanium Alloy Fasteners and Fastener Stock
RU2156828C1 (ru) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ С ГОЛОВКАМИ ИЗ ДВУХФАЗНЫХ (α+β) ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
JP7518344B2 (ja) チタン合金棒材及びその製造方法
CN110283969B (zh) 一种高强度紧固件制备方法
JP6017944B2 (ja) 高力ボルト及びその製造方法
RU2325450C1 (ru) Способ изготовления стержневых деталей с головками из коррозионно-стойких азотсодержащих экономнолегированных сталей
Pillai et al. A REVIEW ON EFFECTS OF CRYOGENIC TREATMENT OF AISI'D'SERIES COLD WORKING TOOL STEELS.
Hotz et al. Combination of cold drawing and cryogenic turning for modifying surface morphology of metastable austenitic AISI 347 steel
JP4715048B2 (ja) チタン合金ファスナー材及びその製造方法
Woźniak et al. Studies on the Mechanical Properties of C45 Steel with Martensitic Structure after a High Tempering Process
RU2235791C1 (ru) Способ комплексной термической обработки крупногабаритных поковок
Alshabatat et al. Improvements in Machinability, Microhardness, and Impact Toughness of AISI O1 and AISI D2 Alloy Steels by Controlling the Grain Size During Heat Treatment.
KR100666478B1 (ko) 저온 초소성 나노 결정립 티타늄 합금 및 이의 제조 방법
JP2007002950A (ja) 高強度タッピンねじ及びその製造方法
RU2156829C1 (ru) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ ДЕТАЛЕЙ С ГОЛОВКАМИ ИЗ ПСЕВДО-β-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Vdovin et al. Investigation of microstructure of high-manganese steel, modified by ultra-dispersed powders, on the base of compounds of refractory metals
Taye et al. Characterization of mechanical properties and formability of cryorolled aluminium alloy sheets
Logakannan et al. Effect of Strain Rate on Tensile and Fracture Behavior of Ultrafine grained Al6061 processed through Cryorolling and Warm rolling
Guoliang et al. Influence of Deformation Twins on Mechanical Properties and β Precipitation of Large-Cross-Section (290 mm× 230 mm) AZ80 Bar Fabricated by “Multi-direction Forging+ Extrusion+ Cold Compression” Technique
US12179458B2 (en) Cladding and method for manufacturing the same
Li et al. Effect of pre-torsion and deep rolling composite strengthening on surface integrity and fatigue properties of 45CrNiMoVA steel
CN111254365A (zh) 一种紧固螺栓的制备方法
Zajac et al. RETRACTED: Studies on the Mechanical Properties of C45 Steel with Martensitic Structure after a High Tempering Process

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080818