RU2316602C1 - Magnetic-pulse part treatment method - Google Patents
Magnetic-pulse part treatment method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316602C1 RU2316602C1 RU2006126186A RU2006126186A RU2316602C1 RU 2316602 C1 RU2316602 C1 RU 2316602C1 RU 2006126186 A RU2006126186 A RU 2006126186A RU 2006126186 A RU2006126186 A RU 2006126186A RU 2316602 C1 RU2316602 C1 RU 2316602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- surface layer
- residual stresses
- values
- value
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к бесконтактной магнитоимпульсной обработке деталей газотурбинных двигателей, работающих в агрессивных высокотемпературных средах в условиях знакопеременных нагрузок.The invention relates to mechanical engineering, in particular to non-contact magnetic pulse processing of parts of gas turbine engines operating in aggressive high-temperature environments under alternating loads.
После завершения ряда операций механической обработки (фрезерование, точение, шлифование, протягивание и т.п.) в поверхностном слое обрабатываемых деталей, как правило, формируются растягивающие остаточные напряжения. Для уменьшения величин растягивающих остаточных напряжений деталь подвергают магнитоимпульсной обработке, включающей воздействие импульсным магнитным полем с заданными параметрами напряженности магнитного поля, частотой, длительности импульса и т.д.After completion of a number of machining operations (milling, turning, grinding, drawing, etc.), tensile residual stresses are usually formed in the surface layer of the workpieces. To reduce the values of tensile residual stresses, the part is subjected to magnetic pulse treatment, including exposure to a pulsed magnetic field with specified parameters of the magnetic field strength, frequency, pulse duration, etc.
Известен способ обработки детали (А.с. №1708872 А1, 30.01.1992, C21D 1/06), включающий воздействие на деталь импульсным магнитным полем с заданными параметрами: количество импульсов, по меньшей мере три, длительность одного импульса и паузы составляет 0,03-0,05 и 0,02-0,1 с, удельная мощность в импульсе 10-50 кВт/см2.A known method of processing a part (A.S. No. 1708872 A1, 01/30/1992, C21D 1/06), comprising exposing the part to a pulsed magnetic field with predetermined parameters: the number of pulses is at least three, the duration of one pulse and pause is 0, 03-0.05 and 0.02-0.1 s, specific power per pulse 10-50 kW / cm 2 .
Недостатком данного способа является технологическая сложность получения упрочненного слоя в обрабатываемом материале из-за необходимости синхронизировать несколько технологических процессов и изготовлять специальную оснастку, а также данный способ не позволяет сформировать заданные величины остаточных напряжений в поверхностном слое детали.The disadvantage of this method is the technological complexity of obtaining a hardened layer in the material being processed due to the need to synchronize several technological processes and produce special equipment, as well as this method does not allow to form the specified values of residual stresses in the surface layer of the part.
Известен способ обработки детали, включающий воздействие на деталь импульсным магнитным полем с заданными параметрами (Патент РФ №2009210 С1, 15.03.1994, C21D 1/04) - прототип. В данном способе на деталь воздействуют магнитным полем напряженностью 8·105-2·106 А/м с частотой 700-800 Гц в течение 3/4-5/4π периода частоты.A known method of processing parts, including the impact on the part with a pulsed magnetic field with specified parameters (RF Patent No. 20099210 C1, 03/15/1994, C21D 1/04) is a prototype. In this method, the part is exposed to a magnetic field of intensity 8 · 10 5 -2 · 10 6 A / m with a frequency of 700-800 Hz for a 3 / 4-5 / 4π frequency period.
Недостатками данного способа является то, что указанные диапазоны режимов магнитоимпульсной обработки могут быть эффективно применены только для инструментальных материалов, но недостаточны для широкой номенклатуры машиностроительных материалов (например, жаропрочные стали, титан и т.д.), а также данный способ не позволяет сформировать заданные величины остаточных напряжений в поверхностном слое детали, что уменьшает технологичность обработки, а также ресурс работы детали.The disadvantages of this method is that the indicated ranges of the magnetic-pulse processing modes can be effectively applied only for tool materials, but are insufficient for a wide range of engineering materials (for example, heat-resistant steels, titanium, etc.), and this method also does not allow to set the magnitude of the residual stresses in the surface layer of the part, which reduces the manufacturability of processing, as well as the service life of the part.
Все ранее известные методы обработки деталей, включающие воздействие на деталь импульсным магнитным полем, позволяют только уменьшить величины растягивающих остаточных напряжений, но не позволяют получить необходимые заданные величины остаточных напряжений в поверхностном слое детали, т.е. управлять величиной остаточных напряжений.All previously known methods for machining parts, including exposure to a part by a pulsed magnetic field, can only reduce the values of tensile residual stresses, but do not allow to obtain the required preset values of residual stresses in the surface layer of the part, i.e. control the value of residual stresses.
Технический результат заявленного изобретения - повышение технологичности обработки за счет возможности формирования заданных величин остаточных напряжений в поверхностном слое детали, а также увеличение ресурса работы детали.The technical result of the claimed invention is to increase the manufacturability of processing due to the possibility of forming predetermined values of residual stresses in the surface layer of the part, as well as increasing the service life of the part.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки детали, включающем воздействие на деталь импульсным магнитным полем с заданными параметрами, перед воздействием на деталь импульсным магнитным полем измеряют величины σi остаточных напряжений на глубине k залегания в n точках поверхностного слоя детали, где n≥3, вычисляют среднюю величину σcp остаточных напряжений из измеренных в n точках величин σi остаточных напряжений, определяют величину Δσ=|σз-σcp|, где σз - заданная величина остаточного напряжения, которую необходимо сформировать в поверхностном слое деталей на глубине k, и исходя из полученной величины Δσ задают параметры импульсного магнитного поля.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of processing the part, which includes exposing the part to a pulsed magnetic field with predetermined parameters, before exposing the part to a pulsed magnetic field, measure σ i residual stresses at a depth k at n points of the surface layer of the part, where n≥ 3, the calculated average value of residual stress σ cp from the measurement points in the n values of residual stress σ i, determine the value Δσ = | σ s -σ cp |, where σ z - predetermined value of the residual voltage, which is not bhodimo formed on the depth k of the surface layer parts, and based on the obtained value Δσ set parameters of the pulsed magnetic field.
Выполнение перед магнитоимпульсной обработкой детали операций, а именно измерение величины σi остаточных напряжений на глубине k залегания в n точках поверхностного слоя детали, где n≥3, вычисление средней величины σcp остаточных напряжений из измеренных в n точках величин σi остаточных напряжений, определение величины Δσ, позволяет назначить более точные по сравнению с используемыми в известных ранее методах магнитоимпульсной обработки параметры импульсного магнитного поля, а также позволяет осуществить формирование заданных величин остаточных напряжений (управлять величиной остаточных напряжений) в поверхностном слое детали. Все это ведет к повышению технологичности обработки, а также увеличению ресурса детали.Performing operations before magnetic pulse processing of a part of a component, namely, measuring the value of σ i of residual stresses at a depth k at n points of the surface layer of the part, where n≥3, calculating the average value of σ cp of residual stresses from the values of σ i of residual stresses measured at n points, determining Δσ, allows us to assign more accurate parameters of the pulsed magnetic field than those used in the previously known methods of magnetic pulse processing, and also allows the formation of specified values residual stresses (control the magnitude of residual stresses) in the surface layer of the part. All this leads to an increase in the manufacturability of processing, as well as an increase in the resource of the part.
При магнитоимпульсной обработке в детали вследствие неоднородной кристаллической структуры возникают вихревые токи. Вихревые токи обуславливают магнитное поле и локальные микровихри, которые, в свою очередь, нагревают участки вокруг кристаллитов (монокристаллические зерна или коротенькие цепочки монокристаллов, не превратившиеся в кристаллы) напряженных блоков и неоднородностей структуры металла. Градиент теплового потока при магнитоимпульсной обработке тем выше, чем менее однородна микроструктура металла. В местах концентраций остаточных или усталостных напряжений, связанных с технологией производства, обработки или эксплуатации детали, теплота, наведенная вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов. Вследствие этого повышается ударная вязкость, сопротивление усталости материала детали, что, в свою очередь, повышает износостойкость материала детали в зоне намагничивания.During magnetic pulse treatment, eddy currents occur in the part due to an inhomogeneous crystal structure. Eddy currents determine the magnetic field and local microvortices, which, in turn, heat the areas around crystallites (single crystal grains or short chains of single crystals that have not turned into crystals) of stressed blocks and inhomogeneities of the metal structure. The heat flux gradient during magnetic pulse treatment is the higher, the less uniform the microstructure of the metal. In places of concentration of residual or fatigue stresses associated with the technology of production, processing or operation of the part, the heat induced by eddy currents partially reduces the excess energy of the constituent crystallites. As a result of this, the toughness and fatigue resistance of the material of the part increase, which, in turn, increases the wear resistance of the material of the part in the magnetization zone.
Предложенный способ в отличие от известных ранее способов обработки детали, включающих магнитоимпульсную обработку, позволяет не только уменьшить или снять остаточные напряжения растяжения в поверхностном слое, но и сформировать в последнем заданную величину остаточных напряжений.The proposed method, in contrast to previously known methods for machining a part, including magnetic pulse processing, allows not only to reduce or remove residual tensile stresses in the surface layer, but also to form a predetermined amount of residual stresses in the latter.
Воздействие магнитного поля на материал детали возможно обеспечить любым известным способом, в том числе, например, с помощью электромагнита или соленоида (индуктора), охватывающего необходимую зону обработки. В случае использования электромагнита обеспечивается его контакт с деталью в зоне обработки, в случае использования соленоида воздействие магнитного поля на материал детали осуществляется бесконтактно.The influence of a magnetic field on the material of the part can be provided by any known method, including, for example, by means of an electromagnet or a solenoid (inductor), covering the necessary processing zone. In the case of using an electromagnet, its contact with the part in the treatment zone is ensured; in the case of using a solenoid, the magnetic field affects the material of the part non-contact.
Параметры импульсного магнитного поля назначают исходя из величины Δσ и могут быть выбраны в следующих интервалах: напряженность магнитного поля 50-2000 кА/м, длительность импульса 0,003-10 с, частота 50 Гц - 1 кГц.The parameters of the pulsed magnetic field are assigned on the basis of Δσ and can be selected in the following intervals: magnetic field strength 50-2000 kA / m, pulse duration 0.003-10 s, frequency 50 Hz - 1 kHz.
Глубину залегания k, на которой необходимо получить заданные остаточные напряжения, выбирают исходя из расчета силовой нагрузки и эксплуатационной прочности детали.The depth k at which it is necessary to obtain the specified residual stresses is selected based on the calculation of the power load and the operational strength of the part.
Среднюю величину σср остаточных напряжений вычисляют следующим образом:The average value σ cf residual stress is calculated as follows:
где σi - величина остаточного напряжения в i-й точке на глубине залегания k в поверхностном слое детали;where σ i is the value of the residual stress at the i-th point at a depth k in the surface layer of the part;
n - количество точек поверхностного слоя детали на глубине залегания k, в которых измеряют величины σi остаточных напряжений, причем n≥3.n is the number of points of the surface layer of the part at a depth k, at which the values of σ i residual stresses are measured, and n≥3.
Величину Δσ определяют следующим образом:The value of Δσ is determined as follows:
Δσ=|σз-σcp|, где σз - заданная величина остаточного напряжения, которую необходимо сформировать в поверхностном слое деталей на глубине k.Δσ = | σ z −σ cp |, where σ z is the specified value of the residual stress, which must be formed in the surface layer of parts at a depth k.
Величину σз задают исходя из эксплуатационных и конструктивных особенностей деталей.The value of σ s set based on the operational and design features of the parts.
Примеры выбора параметров импульсного магнитного поля в зависимости от величины Δσ на заданной глубине залегания k, равной, например, 50 мкм, приведены в табл.1.Examples of the choice of parameters of a pulsed magnetic field depending on the value of Δσ at a given depth k, equal to, for example, 50 μm, are given in Table 1.
В настоящее время существуют десятки различных типов установок и устройств для магнитоимпульсной обработки инструмента и деталей машин, как опытно-экспериментальных («ИМПУЛЬС-83С», «Импульс-Универсал»), так и опытно-промышленных («Импульс-80Г», «Импульс-ФМ»). Для реализации предложенного способа обработки деталей может быть использована любая известная магнитоимпульсная установка, например ВНИМИ, ЭМО, МИУРИ, УМОИ-50, «Импульс-ЗМ», БУР-83, «Контакт» и т.д., каждая из которых является универсальной для проведения магнитной обработки как инструмента, так и различных деталей машин, изделий, конструкций и сборочных единиц. Данные установки имеют примерно одинаковую функциональную схему, но различаются конструктивно, наличием систем автоматического и электронного регулирования, напряженностью магнитного поля, назначением, технологией обработки и производительностью.Currently, there are dozens of different types of installations and devices for magnetic pulse processing of tools and machine parts, both experimental ("IMPULS-83C", "Impulse-Universal"), and experimental-industrial ("Impulse-80G", "Impulse -FM "). To implement the proposed method for processing parts, any known magnetic pulse installation can be used, for example, VNIMI, EMO, MIURI, UMOI-50, Impulse-ZM, BUR-83, Contact, etc., each of which is universal for conducting magnetic processing of both the tool and various parts of machines, products, structures and assembly units. These installations have approximately the same functional diagram, but differ structurally, by the presence of automatic and electronic control systems, magnetic field strength, purpose, processing technology and productivity.
Выбор магнитоимпульсной установки для осуществления обработки зависит от конструктивных особенностей и физических свойств материала той партии деталей, которую необходимо подвергнуть обработке.The choice of a magnetic pulse installation for processing depends on the design features and physical properties of the material of the batch of parts that need to be processed.
Технические характеристики некоторых экспериментальных и опытно-промышленных установок приведены в табл.2.Technical characteristics of some experimental and pilot plants are given in Table 2.
Пример.Example.
Измерения остаточных напряжений проводились механически по методу Давиденкова на автоматизированной установке. Образцы деталей (лопатки ГТД) из жаропрочного сплава ХН73МБТЮ, подвергнутые предварительным операциям точения и финишной обработки - полированию, имели шероховатость поверхности Ra=0,32-0,16 и среднюю величину σcp=300 МПа растягивающих остаточных напряжений из измеренных в 5 точках величин σi остаточных напряжений на глубине 50 мкм. Было определено, что для повышения сопротивления усталости (соответственно и увеличения ресурса) данных деталей необходимо сформировать на глубине 50 мкм заданные остаточные напряжения сжатия σз=-200 МПа. Определив величину Δσ=|σз-σср|=|-200-300|=500 МПа, назначили следующие параметры магнитоимпульсной обработки: напряженность магнитного поля 1800 кА/м и длительность импульса 0,01 с, частота 50 Гц. После проведения магнитоимпульсной обработки получили заданные величины остаточных напряжений σз, при этом значения шероховатости остались в пределах характеристик для деталей до магнитоимпульсной обработки Ra=0,32-0,16.Residual stress measurements were carried out mechanically according to the Davidenkov method in an automated installation. Samples of parts (GTE blades) made of KhN73MBTYu heat-resistant alloy, subjected to preliminary turning and finishing operations — polishing — had a surface roughness of R a = 0.32-0.16 and an average value of σ cp = 300 MPa of tensile residual stresses measured at 5 points values of σ i residual stresses at a depth of 50 μm. It was determined that to increase the fatigue resistance (respectively, and increase the resource) of these parts, it is necessary to form at the depth of 50 μm the specified residual compression stresses σ s = -200 MPa. Having determined the value Δσ = | σ s −σ cp | = | -200-300 | = 500 MPa, the following parameters of the magnetic pulse processing were assigned: magnetic field strength 1800 kA / m and pulse duration 0.01 s, frequency 50 Hz. After the magnetic pulse treatment, the specified values of the residual stresses σ s were obtained, while the roughness values remained within the characteristics for the parts prior to the magnetic pulse treatment R a = 0.32-0.16.
Проведенные после магнитоимпульсной обработки неоднократные испытания образцов деталей из сплава ХН73МБТЮ показали рост условного предела усталости на 20%.Repeated testing of samples of parts made of KhN73MBTYu alloy after magnetic pulse treatment showed an increase in the conditional fatigue limit by 20%.
Таким образом, предложенный способ обработки деталей позволяет сформировать в поверхностном слое деталей остаточные напряжения заранее заданных численных значений, не изменяя при этом топографии и параметров шероховатости обрабатываемой детали.Thus, the proposed method for processing parts allows you to generate residual stresses of predetermined numerical values in the surface layer of parts without changing the topography and roughness parameters of the workpiece.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006126186A RU2316602C1 (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Magnetic-pulse part treatment method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006126186A RU2316602C1 (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Magnetic-pulse part treatment method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2316602C1 true RU2316602C1 (en) | 2008-02-10 |
Family
ID=39266254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006126186A RU2316602C1 (en) | 2006-07-20 | 2006-07-20 | Magnetic-pulse part treatment method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2316602C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101713021B (en) * | 2009-09-23 | 2012-03-28 | 清华大学 | Method for reducing residual stress of ferromagnetic metal material |
| RU2476605C2 (en) * | 2011-03-02 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Strengthening treatment method of heavy-loaded elements of steel structures, and device for its implementation |
| CN107299217A (en) * | 2017-06-06 | 2017-10-27 | 武汉理工大学 | A kind of aeroengine components surface residual stress electromagnetic field regulates and controls method |
-
2006
- 2006-07-20 RU RU2006126186A patent/RU2316602C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101713021B (en) * | 2009-09-23 | 2012-03-28 | 清华大学 | Method for reducing residual stress of ferromagnetic metal material |
| RU2476605C2 (en) * | 2011-03-02 | 2013-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" | Strengthening treatment method of heavy-loaded elements of steel structures, and device for its implementation |
| CN107299217A (en) * | 2017-06-06 | 2017-10-27 | 武汉理工大学 | A kind of aeroengine components surface residual stress electromagnetic field regulates and controls method |
| CN107299217B (en) * | 2017-06-06 | 2019-01-25 | 武汉理工大学 | A kind of aeroengine components surface residual stress electromagnetic field regulation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Avilés et al. | Influence of laser polishing on the high cycle fatigue strength of medium carbon AISI 1045 steel | |
| Pant et al. | Studies towards development of laser peening technology for martensitic stainless steel and titanium alloys for steam turbine applications | |
| Maleki et al. | On the effects of laser shock peening on fatigue behavior of V-notched AlSi10Mg manufactured by laser powder bed fusion | |
| Lavvafi et al. | Effects of surface laser treatments on microstructure, tension, and fatigue behavior of AISI 316LVM biomedical wires | |
| Gupta et al. | Magnetic incremental permeability non-destructive evaluation of 12 Cr-Mo-WV Steel creep test samples with varied ageing levels and thermal treatments | |
| Segurado et al. | Effects of low intensity shot peening treatments applied with different types of shots on the fatigue performance of a high-strength steel | |
| Feng et al. | Formation of short crack and its effect on fatigue properties of ultrasonic peening treatment S355 steel | |
| Saarimäki et al. | Dwell-fatigue crack propagation in additive manufactured Hastelloy X | |
| RU2316602C1 (en) | Magnetic-pulse part treatment method | |
| Jozwik et al. | HS 6-5-2 steel surface layer development in carbonitriding with zeroflow method | |
| CN111979505A (en) | Hard alloy microstructure defect eliminating method based on pulse current | |
| Tridello et al. | VHCF response of AISI H13 steel: assessment of size effects through Gaussian specimens | |
| Mouralova et al. | Quality of surface and subsurface layers after WEDM aluminum alloy 7475-T7351 including analysis of TEM lamella | |
| CN111855717B (en) | Analysis method for influence of pulsed magnetic field treatment on residual stress of metal part | |
| Xavior et al. | Effect of recast layer on the low cycle fatigue life of electric discharge machined inconel 718 | |
| Wang et al. | Enhanced Low Cycle Fatigue Properties of Ti-6Al-4V Alloy by Post-treatment Technology of Pulse High-Intensity Magnetic Field | |
| Kolasangiani et al. | Ratcheting examination of 1045 notched steel plates under Low-High and High-Low sequences | |
| Žagar et al. | Surface modification analysis after shot peening of AA 7075 in different states | |
| Muhammad et al. | Fatigue life prediction of additive manufactured materials using a defect sensitive model | |
| Ulewicz et al. | Fatigue properties of the HSLA steel in high and ultra-high cycle region | |
| Al-Khazraji et al. | Effect of electrical discharge machining and shot blast peening parameters on fatigue life of AISI D2 die steel | |
| Ghera et al. | Improvement of Cavitation Erosion Resistance of a Low Alloyed Steel 16MnCr5 Through Work Hardening | |
| Al-Khazraji et al. | Fatigue Life of Graphite Powder Mixing Electrical Discharge Machining AISI D2 Tool Steel | |
| Sharma et al. | Parametric optimization in die-sinking EDM of Nimonic 90 alloy using Taguchi-based GRA approach | |
| Raghavan et al. | Tensile property variation with wall thickness in selective laser melted parts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20151012 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190424 |