RU216639U1

RU216639U1 - Device for aeroacoustic processing of products made of metals and alloys

Info

Publication number: RU216639U1
Application number: RU2022106080U
Authority: RU
Inventors: Евгений Юрьевич Ремшев; Галина Анатольевна Воробьева; Григорий Олегович Афимьин; Михаил Юрьевич Силаев
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Технология-Е4"
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2023-02-16

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для аэротермоакустической обработки изделий из металлов и сплавов. Устройство содержит две сочлененные камеры, одна из которых выполнена с функцией ресивера, а другая является камерой-резонатором, штуцер, манометр, дополнительный штуцер, при этом камера-ресивер соединена со штуцером для поступления в нее рабочей среды для возбуждения акустических волн звукового диапазона в виде сжатого воздуха, а камера-резонатор имеет открытый конец, на котором зафиксирован с возможностью перемещения клин, штуцер соединен с манометром, который соединен с дополнительным штуцером, а стык камер оборудован газоструйным генератором звука типа пневматического дросселя с соплом-заслонкой. При этом камера-резонатор снабжена стальным сетчатым контейнером для размещения изделий, установленным с возможностью вращения в объеме камеры резонатора в её нижней части в точке максимального обдува изделий рабочей средой, опорным приспособлением в виде столика со столешницей и валом электродвигателя. При этом столешница содержит средства крепления к ней контейнера и каркас, в котором конструктивно размещен вал электродвигателя, выполненный с возможностью при включении осуществления вращения опорного приспособления с закрепленным на нем контейнером в заданном направлении и с изменяемой и регулируемой скоростью. Технический результат заключается в повышенных показателях прочности по сравнению со стандартной термической обработкой или исходными свойствами при необходимой пластичности, как для стали, так и для сплавов. 3 табл., 2 ил.

The utility model relates to devices for aerothermoacoustic processing of products made of metals and alloys. The device contains two articulated chambers, one of which is made with the function of a receiver, and the other is a resonator chamber, a fitting, a pressure gauge, an additional fitting, while the receiver chamber is connected to the fitting for entering a working medium into it to excite acoustic waves of the sound range in the form compressed air, and the resonator chamber has an open end, on which a wedge is fixed for movement, the fitting is connected to a pressure gauge, which is connected to an additional fitting, and the joint of the chambers is equipped with a gas jet sound generator of the pneumatic throttle type with a shutter nozzle. At the same time, the resonator chamber is equipped with a steel mesh container for placing products, installed with the possibility of rotation in the volume of the resonator chamber in its lower part at the point of maximum blowing of the products by the working medium, a support device in the form of a table with a table top and an electric motor shaft. At the same time, the table top contains means for attaching a container to it and a frame in which an electric motor shaft is structurally located, made with the possibility, when turned on, to rotate the support device with the container fixed on it in a given direction and at a variable and adjustable speed. The technical result consists in increased strength indicators compared to standard heat treatment or initial properties with the necessary ductility, both for steel and alloys. 3 tab., 2 ill.

Description

В связи с разработкой новых материалов, увеличения объемов требований, предъявляемых к вновь разрабатываемым изделиям, возникает необходимость разработки новых способов обработки материалов (Воробьева, Г.А. Аэротермоакустическая обработка сталей и сплавов / Г.А. Воробьева, В.Н. Усков; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2012. – 132 с. ISBN 978-5-85546-669-0). In connection with the development of new materials, the increase in the volume of requirements for newly developed products, it becomes necessary to develop new methods for processing materials (Vorobyeva, G.A. Aerothermoacoustic processing of steels and alloys / G.A. Vorobyeva, V.N. Uskov; Balt State Technical University - St. Petersburg, 2012. - 132 pp. ISBN 978-5-85546-669-0).

Заявляемое техническое решение относится к областям металлургии и машиностроения, в частности, к способам и устройствам термической, термо-деформационной и деформационной обработок металлов. Оно может быть использовано как для проведения дополнительной к стандартной, так и в качестве промежуточной технологии при термической и других видах упрочняющих обработок.The claimed technical solution relates to the fields of metallurgy and mechanical engineering, in particular, to methods and devices for thermal, thermal deformation and deformation processing of metals. It can be used both for carrying out additional to standard, and as an intermediate technology for thermal and other types of hardening treatments.

Повышение механических свойств сталей и сплавов обеспечивается проведением стандартных технологий упрочнения: термической обработки (т.о.), включающей закалку и отпуск сталей, закалку и старение сплавов (СТО); термодеформационной обработки, где кроме термической обработки используется пластическая деформация, а также холодная пластическая деформация.An increase in the mechanical properties of steels and alloys is ensured by standard hardening technologies: heat treatment (thus), including quenching and tempering of steels, quenching and aging of alloys (STO); thermal deformation processing, where, in addition to heat treatment, plastic deformation is used, as well as cold plastic deformation.

В технике известны способы термической обработки, комбинированной с другими технологиями, для получения повышенных свойств изделий из металлов и сплавов, в том числе, при помощи мощного воздушно-звукового воздействия. Так в патенте РФ №2100456 изложен способ т.о. сталей и сплавов. В патентах: РФ №2704953, 2635113 способ т.о. обработки сплавов титана, РФ № 2389821 – т.о. сплавов алюминия и бронз. Для осуществления подобного воздействия применяется устройство генерирующее мощное акустическое поле и одновременно высокоскоростные воздушные потоки Methods of heat treatment, combined with other technologies, are known in the art to obtain enhanced properties of products made of metals and alloys, including using powerful air-sound exposure. So in the patent of the Russian Federation No. 2100456 the method is described. steels and alloys. In patents: RF No. 2704953, 2635113, the method is thus. processing of titanium alloys, Russian Federation No. 2389821 – so. alloys of aluminum and bronze. To implement such an impact, a device is used that generates a powerful acoustic field and at the same time high-speed air currents.

При проведении АТАО изделие, предварительно нагретое до требуемой температуры, помещается в камеру-резонатор, на его основание, а охлаждение проводится в потоке воздуха и воздействия акустического поля. Скорость охлаждения частей изделия с разной толщиной стенки будет отличаться, что может приводить как к образованию разной структуры так и величины уровня остаточных напряжений. При этом механические свойства могут быть ниже ожидаемых.When carrying out ATAO, the product, preheated to the required temperature, is placed in a resonator chamber, on its base, and cooling is carried out in an air flow and exposure to an acoustic field. The cooling rate of parts of the product with different wall thicknesses will be different, which can lead to both the formation of a different structure and the magnitude of the level of residual stresses. In this case, the mechanical properties may be lower than expected.

Кроме того, деформированные материалы анизотропны (свойства их зависят от направления исследования). При одинаковых рабочих параметрах установки свойства сплавов будут определяться и их положением по отношению к направлению потока газа. [Г.А.Воробьёва, В.Н.Усков Аэотермоакустическая обработка сталей и сплавов. СПб БГТУ, 2012, с.130.], а также результаты механических испытаний образцов из стали 40, после нормализации и с обработкой по схемам режимов с разной ориентацией образцов по отношению к потоку воздуха Р1(вдоль) и Р2(поперёк) приведены в табл.1.In addition, deformed materials are anisotropic (their properties depend on the direction of research). With the same operating parameters of the installation, the properties of the alloys will also be determined by their position with respect to the direction of the gas flow. [G.A.Vorobyova, V.N.Uskov Aerothermoacoustic treatment of steels and alloys. SPb BSTU, 2012, p. 130.], as well as the results of mechanical testing of samples made of steel 40, after normalization and with processing according to regime schemes with different orientation of the samples with respect to the air flow P1 (along) and P2 (across) are given in Table .1.

Таблица 1.Table 1.

Механические свойства стали 40 после предварительной термической обработки и АТАО.Mechanical properties of steel 40 after preliminary heat treatment and ATAO.

Режим обработкиProcessing mode Положение образцов по отношению к потоку воздухаThe position of the samples in relation to the air flow HRВHRВ HB, МПаHB, MPa σв МПАσin MPA δ,%δ,% Исх.*Ref.* После АТАОAfter ATAO Исх.Ref. После АТАОAfter ATAO Исх*.Ref*. После АТАОAfter ATAO Р1P1 ВдольAlong 9292 9292 19001900 19001900 600600 600600 1818 Р2R2 ПоперекAcross 9292 9898 19001900 21502150 600600 720720 1616

Свойства стали40 в сост. поставки (нормализация): HB=1560-1979 МПа,σ_в -530 МПА δ-20% (Марочник сталей и сплавов. Машиностроение. под ред. Сорокина В.Г. Москва Машиностроение 1989г.)Properties of steel 40 in comp. deliveries (normalization): HB=1560-1979 MPa, σ _in -530 MPa δ-20%

Для стали 40 более высокие значения прочности достигаются при обработке по режиму Р2 (положение образца поперек потока) при снижении уровня пластичности. Более высокий комплекс свойств может быть получен при АТАО, если положение образца в процессе обработки будет чередоваться (вдоль-поперек).For steel 40, higher strength values are achieved when processing according to the P2 mode (position of the sample across the flow) with a decrease in the level of plasticity. A higher set of properties can be obtained with ATAO if the position of the sample during processing will alternate (along-across).

При проведении термической обработки изделий из металлов и сплавов по схеме АТАО используется устройство для охлаждения сплавов (RU 203378), состоящее из двух сочленённых камер, одна из которых выполняет функции камеры-ресивера, а другая является камерой-резонатором, на стыке камер оно оборудовано газоструйным генератором звука типа пневматического дросселя «сопло-заслонка», а также средствами загрузки изделия, подачи рабочей среды, средствами управления, контроля и регулировки, в качестве рабочего газа для возбуждения мощных акустических волн звукового диапазона используется воздух. По конструктивному исполнению это устройство принимаем за ближайший аналог. When carrying out heat treatment of products made of metals and alloys according to the ATAO scheme, a device for cooling alloys (RU 203378) is used, consisting of two articulated chambers, one of which acts as a receiver chamber, and the other is a resonator chamber, at the junction of the chambers it is equipped with a gas jet a sound generator of the “nozzle-shutter” pneumatic throttle type, as well as means for loading the product, supplying a working medium, means for controlling, monitoring and adjusting, air is used as a working gas to excite powerful acoustic waves of the sound range. According to the design, this device is taken as the closest analogue.

Задачей настоящей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего повышение комплекса механических свойств при проведении термической обработки для изделий из металлов и сплавов. Задача решается применением контейнера с установленными в нем изделиями, выполненного из металлической сетки, который устанавливается в объёме камеры-резонатора в её нижней части в точке максимального обдува рабочей средой, на опорное приспособление в виде стандартного столика, размерами меньше, чем камера-резонатор для беспрепятственного вращения внутри неё, столешница которого снабжена средствами крепления к нему контейнера (например, винтами) и закреплена на валу электродвигателя, конструктивно размещённого в каркасе опоры-столике и обеспечивая при включении установки её вращение в рабочей среде в заданном направлении и с изменяемой, регулируемой скоростью, что обеспечивает равномерное воздействие потока воздуха и акустических полей на изделия, помещенные в контейнер. Достигаемый результат применения полезной модели заключается в повышенных показателях прочности по сравнению с исходными свойствами при необходимой пластичности, как для стали, так и для сплавов за счет обеспечения равномерного воздействие потока воздуха и акустических полей на все сечение изделий, помещенных в контейнер.The objective of this utility model is to create a device that provides an increase in the complex of mechanical properties during heat treatment for products made of metals and alloys. The problem is solved by using a container with products installed in it, made of a metal mesh, which is installed in the volume of the resonator chamber in its lower part at the point of maximum airflow by the working medium, on a support device in the form of a standard table, smaller in size than the resonator chamber for unobstructed rotation inside it, the tabletop of which is provided with means for attaching a container to it (for example, screws) and is fixed on the shaft of an electric motor structurally located in the frame of the support-table and ensuring, when the unit is turned on, its rotation in the working medium in a given direction and at a variable, adjustable speed, which ensures a uniform effect of the air flow and acoustic fields on the products placed in the container. The achieved result of the application of the utility model is increased strength compared to the initial properties with the necessary plasticity, both for steel and alloys, by ensuring a uniform effect of the air flow and acoustic fields on the entire cross section of the products placed in the container.

Принципиальная схема установки для проведения упрочняющей термической обработки представлена на фигуре 1.A schematic diagram of the installation for hardening heat treatment is shown in figure 1.

Устройство включает две сочлененные камеры: камеру-резонатор 1, с клином 2, при этом камера-резонатор соединен с камерой-ресивером 3, в который через штуцер 4 поступает сжатый воздух, давление которого контролируется с помощью манометра, соединяемого с дополнительным штуцером. Камера-ресивер регулирует давление воздуха, поступающего через газоструйный генератор звука типа пневматического дросселя с соплом-заслонкой 5 в камеру-резонатор ГГЗ, в который помещается контейнер с изделиями 6 и соединяют его с устройством, схема которого представлена на фигуре 2, где 7 – столик; 8 – опора столика; 9 – ось; 10 – втулка подшипника; 11 – подшипник; 12 – болт; 13 – шайба; 14 – винт; 15 – изделие.The device includes two articulated chambers: a resonator chamber 1 with a wedge 2, while the resonator chamber is connected to the receiver chamber 3, into which compressed air enters through the fitting 4, the pressure of which is controlled by a pressure gauge connected to an additional fitting. The receiver chamber regulates the pressure of the air supplied through a gas jet sound generator of the pneumatic throttle type with a shutter nozzle 5 into the GGZ resonator chamber, in which a container with products 6 is placed and connected to a device, the diagram of which is shown in figure 2, where 7 is a table ; 8 - table support; 9 - axis; 10 - bearing sleeve; 11 - bearing; 12 - bolt; 13 - washer; 14 - screw; 15 - product.

Устройство работает следующим образом: контейнер с установленными в нем изделиями (контейнер с изделиями может быть нагрет в электропечи (необходимость предварительного нагрева до определенной температуры или проведение обработки без нагрева зависит от состава сплава и технологии упрочнения),закрепляют на поверхности столика, находящегося в камере-резонаторе, представляющем камеру на открытом конце которой имеется фиксированный клин 2, перемещением которого регулируется амплитудо-частотные характеристики генерируемых акустических полей. Создание мощных акустических полей в камере-резонаторе 1 осуществляется с помощью рабочего газа, подаваемого в камеру-ресивер 3 через штуцер 4 с последующим истечением его через газоструйный генератор звука типа пневматического дросселя с соплом-заслонкой 5 над полостью камеры-резонатора. Для достижения необходимого результата воздействия АТАО на свойства материалов нужно создать акустические поля с требуемыми амплитудо-частотными и мощностными характеристиками. Настройка ГГЗ осуществляется путем выбора положения клина, размеров критического сечения сопла и давления рабочего газа. Возможные режимы, определяемые в том числе положением образца проведены в табл. 2.The device works as follows: a container with products installed in it (a container with products can be heated in an electric furnace (the need for preheating to a certain temperature or processing without heating depends on the composition of the alloy and hardening technology) is fixed on the surface of the table located in the chamber - resonator representing a chamber at the open end of which there is a fixed wedge 2, by moving which the amplitude-frequency characteristics of the generated acoustic fields are controlled. its outflow through a gas-jet sound generator of the pneumatic throttle type with a nozzle-shutter 5 above the cavity of the resonator chamber. historians. The setting of the GGZ is carried out by choosing the position of the wedge, the dimensions of the critical section of the nozzle and the pressure of the working gas. Possible modes, determined, among other things, by the position of the sample, are shown in Table. 2.

Таблица2Table 2

№ режимаMode No. Давление в камере-ресивере,
Ро.10⁵Па The pressure in the receiver chamber,
Po.10 ⁵ Pa Размер щели сопла, ммNozzle slot size, mm f,
Гцf,
Hz Положение образцов по отношению к потоку газаSample position relative to gas flow Р1P1 22 l₁- 0,5l ₁ - 0.5 250250 вдольalong Р2R2 22 l₁- 0,5l ₁ - 0.5 250250 поперек across Р3P3 22 l₁- 0,5l ₁ - 0.5 250250 вращениеrotation

Управление параметрами аэроакустического воздействия (температура, скорости охлаждения, скорости потока газа, амплитудно- частотных характеристик) осуществляется как за счёт варьирования геометрических характеристик установки, параметров рабочего газа, времени воздействия так и положения образцов(изделий) по отношению к потоку газа.The control of the parameters of aeroacoustic exposure (temperature, cooling rate, gas flow rate, amplitude-frequency characteristics) is carried out both by varying the geometric characteristics of the installation, working gas parameters, exposure time and the position of the samples (products) in relation to the gas flow.

Результаты механических испытаний образцов из БрНХК в исходном состоянии и после АТАО по режимам Р2 и Р3 в табл.3 (в обоих случаях при одинаковой продолжительности процесса обработки).The results of mechanical tests of samples from BrNKhK in the initial state and after ATAO according to the P2 and P3 modes are in Table 3 (in both cases, with the same duration of the processing process).

Таблица3Table3

Механические свойства БрНХК в исходном состоянии и после АТАОMechanical properties of BrNKhK in the initial state and after ATAO

№ _режима _Mode No. Вид предварительной обработкиType of pretreatment Дополнительная обработкаAdditional processing Механические свойстваMechanical properties σ_в σ _in σ_0,2 σ _0.2 σ_0,005 σ _0.005 δδ МПаMPa МПаMPa МПаMPa %% -- Состояние поставки
(пруток)Delivery status
(bar) -- 681681 460460 383383 3,23.2 22 Состояние поставкиDelivery status АТАО1(Р3)ATAO1(R3) 690690 602602 478478 2,82.8 33 АТАО (Р2)ATAO (P2) 693693 535535 425425 3,23.2

Представленные экспериментальные данные по механическим свойствам стали и бронзы - материалов, прошедших обработку на заявляемой установке однозначно свидетельствуют о влиянии положения образцов по отношению к потоку воздуха в камере-резонатора на их механические свойства.The presented experimental data on the mechanical properties of steel and bronze - materials that have been processed on the proposed installation unambiguously indicate the influence of the position of the samples in relation to the air flow in the resonator chamber on their mechanical properties.

Стационарное положение заготовки в процессе охлаждения особенно существенно будет влиять на механические свойства при сложной конфигурации заготовки, так как отдельные участки будут расположены по отношению к потоку вдоль, а другие поперек и, следовательно, будут иметь разные механические свойства. Из чего следует, что применение полезной модели позволяет повысить прочность равномерно по сечению в сравнении с исходными свойствами за счет формирования одинаковой структуры сплава. Это обеспечивается равномерным воздействием потока воздуха и акустических полей на изделия, помещенные в контейнер.The stationary position of the workpiece during the cooling process will have a particularly significant effect on the mechanical properties with a complex configuration of the workpiece, since some sections will be located along the flow, while others will be across and, therefore, will have different mechanical properties. From which it follows that the use of the utility model makes it possible to increase the strength evenly over the cross section in comparison with the initial properties due to the formation of the same alloy structure. This is ensured by the uniform effect of the air flow and acoustic fields on the products placed in the container.

Claims

A device for aerothermoacoustic processing of products made of metals and alloys, containing two articulated chambers, one of which is made with the function of a receiver, and the other is a resonator chamber, a fitting, a pressure gauge, an additional fitting, while the receiver chamber is connected to the fitting for entering a working medium for excitation of acoustic waves of the sound range in the form of compressed air, and the resonator chamber has an open end, on which a wedge is fixed for movement, the fitting is connected to a pressure gauge, which is connected to an additional fitting, and the junction of the chambers is equipped with a gas jet sound generator of the pneumatic throttle type with a damper nozzle, characterized in that the resonator chamber is equipped with a steel mesh container for placing products, installed with the possibility of rotation in the volume of the resonator chamber in its lower part at the point of maximum blowing of the products by the working medium, a support device in the form of a table with a table top and an electric motor shaft, at e In addition, the tabletop contains means for attaching a container to it and a frame in which an electric motor shaft is structurally located, made with the possibility, when turned on, to rotate the support device with the container fixed on it in a given direction and at a variable and adjustable speed.