RU2510807C1

RU2510807C1 - Method of high-temperature annealing of half-finished receiver

Info

Publication number: RU2510807C1
Application number: RU2013104280/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Сорокин; Дмитрий Викторович Игнатов; Александр Леонидович Малиновский; Сергей Анатольевич Солоденко; Виктор Никонорович Семенов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Промтехнология"
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-04-10

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.

SUBSTANCE: half-finished receiver is heated in stagnant argon by 35-55°C above alpha to gamma phase transition temperature to 760-780°C at 25-30°C per minute rate, then is matured for 35-40 minutes and cooled down in argon flow at a rate not exceeding 25°C per minute.

EFFECT: enhanced shooting reliability of small arms, including in emergency situations, due to receiver metal structure stabilisation and reduction of residual stress by high-temperature annealing of half-finished small arms receiver out of martensite ageing steel.

2 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способу термообработки заготовки ствольной коробки стрелкового оружия, в частности ствольной коробки для высокоточных карабинов или снайперских винтовок.The invention relates to a method for heat treatment of a blank of a small arms receiver, in particular a receiver for precision carbines or sniper rifles.

Известна технология изготовления ствольной коробки стрелкового оружия по патенту EP 0130253 А2, 09.01.1985, выбранная в качестве аналога и включающая различные этапы технологического процесса, кроме упоминания о термообработке. Недостатки аналога заключаются в том, что в описании к указанному патенту нет упоминания о важной с точки зрения изготовления ствольных коробок операции по термообработке, в частности операции отжига, влияющей на структуру металла.Known technology for the manufacture of the receiver of small arms according to patent EP 0130253 A2, 01/09/1985, selected as an analogue and including various stages of the process, except for mention of heat treatment. The disadvantages of the analogue are that in the description of the said patent there is no mention of an operation that is important from the point of view of manufacturing receiver boxes for heat treatment, in particular, an annealing operation that affects the structure of the metal.

Известна технология изготовления ствольной коробки по патенту US 2011/0099868 A1, 05.05.2011, выбранная в качестве прототипа и включающая этап термообработки в ходе технологического процесса. Недостатки прототипа заключаются в том, что этап термообработки упоминается в описании только в качестве наименования операции без указания наиболее важных значений и параметров термообработки, влияющих на параметры ствольной коробки при изготовлении и эксплуатации.A known technology for the manufacture of a receiver according to patent US 2011/0099868 A1, 05/05/2011, selected as a prototype and including a heat treatment step during the process. The disadvantages of the prototype are that the heat treatment stage is mentioned in the description only as the name of the operation without specifying the most important values and heat treatment parameters that affect the parameters of the receiver during manufacture and operation.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности стрелкового оружия в процессе стрельбы, в том числе в критической ситуации, благодаря стабилизации структуры металла ствольной коробки и релаксации (снижения) остаточных напряжений. Кроме этого, изобретение направлено на обеспечение однородности металла и химического состава и уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое отверстия заготовки после электроэрозионной обработки.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of small arms during the shooting process, including in a critical situation, due to the stabilization of the metal structure of the receiver and relaxation (reduction) of residual stresses. In addition, the invention is aimed at ensuring uniformity of the metal and chemical composition and reducing residual stresses in the surface layer of the billet hole after electric discharge machining.

Технический результат достигается тем, что способ высокотемпературного отжига заготовки ствольной коробки, изготовленной из мартенситно-стареющей стали, заключается в нагреве заготовки в застойном аргоне выше температуры перехода альфа-фазы в гамма-фазу на 35-55°C до температуры не ниже 760-780°C со скоростью 25-30°C в минуту, выдержке в течение 35-40 минут и затем охлаждении в проточном аргоне со скоростью, не превышающей 25°C в минуту.The technical result is achieved in that the method of high-temperature annealing of a billet of a receiver made of maraging steel consists in heating the billet in stagnant argon above the transition temperature of the alpha phase into the gamma phase by 35-55 ° C to a temperature of at least 760-780 ° C at a speed of 25-30 ° C per minute, holding for 35-40 minutes and then cooling in flowing argon at a speed not exceeding 25 ° C per minute.

Приемлемым способом для стабилизации структуры и релаксации (снижения) остаточных напряжений является высокотемпературный отжиг металла ствольной коробки. Способ позволяет обеспечить однородность структуры и химического состава в зоне прожигания путем диффузионных процессов и релаксации (снижения) напряжений.An acceptable method for stabilizing the structure and relaxing (lowering) the residual stresses is high-temperature annealing of the receiver metal. The method allows to ensure uniformity of structure and chemical composition in the burning zone by diffusion processes and relaxation (reduction) of stresses.

Предварительно в заготовке ствольной коробки стрелкового оружия прожигают отверстие посредством операции электроэрозионной обработки диаметром 17,9 мм с допуском +0,05 мм, длину заготовки выбирают равной 210 мм и проводят последующий температурный отжиг следующим образом. Заготовку в виде прутка с отверстием после прожигания устанавливают в печи в вертикальном положении. Застойная среда - аргон. Избыточное давление застойного аргона 0,1 атм, температура нагрева не ниже 760-780°C. Нагрев щадящий со скоростью не более 20-30°C в минуту. Заготовка нагревается вместе с печью с целью предотвращения коробления заготовки. При достижении указанной температуры осуществляется выдержка в течение 30-40 минут. По окончании выдержки осуществляют охлаждение заготовки в аргоне (на проток) со скоростью охлаждения 25-30°C в минуту. При температуре 70-80°C заготовку извлекают из объема печи и производят дальнейшую обработку, предусмотренную технологическим процессом. Щадящий нагрев и умеренное охлаждение позволяют исключить коробление заготовки, получить однородность и стабильность структуры, а также снять остаточные напряжения в поверхностном слое металла, появляющиеся при прожигании отверстия электроэрозионным способом. Причина появления неоднородности в зоне прожигания, а также остаточных напряжений обусловлена тем, что тепловое воздействие в зоне снятия металла при прожигании способствует системному кратковременному переходу α (альфа)-фазы в γ (гамма)-фазу при температуре свыше 720°C и дальнейшему переходу в мартенсит при охлаждении в местах с уже выполненным отверстием. Кроме того, в процессе прожигания в образующейся поверхностной прослойке в отверстии толщиной 30-40 мкм появляется карбидная фаза, Cr₂₃C₆, представляющая собой хрупкое соединение хрома с углеродом. Помимо этого, здесь происходит изменение химического состава с обогащением хромом и углеродом в связи с их большим сродством друг к другу. Появление карбидной фазы и обогащение этой прослойки хромом и углеродом ведет к появлению в ней внутренних напряжений. Причиной тому является существенная разность размеров решеток (α-) альфа-железа и решетки карбида хрома (у карбида она существенно больше), а также увеличение параметра решетки объемно-центрированного куба (α-) альфа-железа при замене в ней атома железа атомом хрома, так как такая замена связана с энергетическим состоянием металла, а атомный радиус хрома несколько больше атомного радиуса железа. В то же время на границе с этой прослойкой происходит обеднение металла этими же элементами, что вызывает появление здесь зональной ликвации металла с менее прочными связями между атомами, расположенными в различных по типу решетках структуры. Появившиеся изменения в структуре поверхностного слоя резко влияют на работоспособность ствольной коробки и снижают надежность винтовки в целом, поскольку винтовка работает в динамических условиях. Поэтому от ствольной коробки требуется не только соосность со стволом винтовки, но и отсутствие появления в ней каких-либо неровностей на поверхности отверстия, а в металле внутренних напряжений. В противном случае появление неровностей будет тормозить движение затвора (сопряженной детали) в отверстии ствольной коробки, а напряжение может вызывать появление неровностей. Следует отметить, что причиной появления неровностей на поверхности отверстий и остаточных напряжений, как указывалось выше, являются разные по величине решетки карбидной α (альфа)- и γ (гамма)-фаз. Все три вида решеток имеют разные параметры, причем самая большая у карбида хрома. Кроме того, чистовая обработка отверстия после прожигания не предусмотрена технологическим процессом.Preliminarily, a hole is burned in the billet receiver of the small arms by means of an electric discharge machining operation with a diameter of 17.9 mm with a tolerance of +0.05 mm, the length of the billet is chosen equal to 210 mm and subsequent temperature annealing is carried out as follows. A blank in the form of a bar with a hole after burning is installed in the furnace in a vertical position. The stagnant medium is argon. Overpressure of stagnant argon is 0.1 atm; heating temperature is not lower than 760-780 ° C. Gentle heating at a rate of no more than 20-30 ° C per minute. The workpiece is heated with the furnace in order to prevent warping of the workpiece. When the specified temperature is reached, exposure is carried out for 30-40 minutes. At the end of the exposure, the workpiece is cooled in argon (per duct) with a cooling rate of 25-30 ° C per minute. At a temperature of 70-80 ° C, the workpiece is removed from the furnace volume and further processing is provided for by the process. Gentle heating and moderate cooling make it possible to exclude warpage of the workpiece, to obtain uniformity and stability of the structure, as well as to remove residual stresses in the surface layer of the metal that appear when the hole is burnt by an electroerosive method. The reason for the appearance of inhomogeneity in the burning zone, as well as residual stresses, is due to the fact that the thermal effect in the metal removal zone during burning contributes to a systemic short-term transition of the α (alpha) phase to the γ (gamma) phase at temperatures above 720 ° C and further transition to martensite when cooling in places with a hole already made. In addition, during the burning process in the surface layer formed in the hole with a thickness of 30-40 μm, a carbide phase, Cr ₂₃ C ₆ appears, which is a brittle compound of chromium with carbon. In addition, there is a change in the chemical composition with the enrichment of chromium and carbon in connection with their great affinity for each other. The appearance of the carbide phase and the enrichment of this layer with chromium and carbon leads to the appearance of internal stresses in it. The reason for this is the significant difference in the size of the lattices of (α-) alpha iron and the lattice of chromium carbide (for carbide it is much larger), as well as an increase in the lattice parameter of the body-centered cube of (α-) alpha iron when the iron atom is replaced in it with a chromium atom , since such a replacement is associated with the energy state of the metal, and the atomic radius of chromium is slightly larger than the atomic radius of iron. At the same time, metal depletion by the same elements occurs at the boundary with this layer, which causes the appearance of zonal segregation of the metal with less strong bonds between atoms located in structures of various types. The changes that have occurred in the structure of the surface layer dramatically affect the performance of the receiver and reduce the reliability of the rifle as a whole, since the rifle operates in dynamic conditions. Therefore, the receiver requires not only alignment with the rifle barrel, but also the absence of any irregularities on the surface of the hole, but in the metal internal stresses. Otherwise, the appearance of irregularities will inhibit the movement of the shutter (mating part) in the hole of the receiver, and voltage can cause the appearance of irregularities. It should be noted that the reason for the appearance of irregularities on the surface of the holes and residual stresses, as mentioned above, are the lattices of carbide α (alpha) and γ (gamma) phases that are different in size. All three types of gratings have different parameters, the largest of which is chromium carbide. In addition, the finishing of the hole after burning is not provided for by the technological process.

Таким образом, нагрев до температуры 760-780°C позволяет растворить карбидную фазу и выровнять химический состав металла благодаря процессам диффузии. Следует здесь отметить, что нагрев свыше 800°C невозможен, так как появится карбидная фаза (высокотемпературная) Cr₇C₃ и ее растворение возможно лишь при температуре выше 1050°C.Thus, heating to a temperature of 760-780 ° C allows you to dissolve the carbide phase and even out the chemical composition of the metal due to diffusion processes. It should be noted here that heating above 800 ° C is impossible, since the carbide phase (high temperature) Cr ₇ C ₃ appears and its dissolution is possible only at temperatures above 1050 ° C.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.The following is an example implementation of the proposed method.

Заготовка с отверстием, выполненным путем прожигания электроэрозионным методом. Материал заготовки - сталь мартенситно-стареющего класса 03Х11Н10М2Т. Заготовка размещается в печи сопротивления в подвешенном (вертикально) положении. Нагрев осуществляется в инертной среде - застойный аргон. Давление в объеме печи - 0,1 атм. Скорость нагрева составляет 25°C в минуту. При достижении температуры не ниже 760-780°C осуществляют выдержку в течение 35-40 минут. После окончания выдержки деталь охлаждают со скоростью 25-30°C в минуту до температуры 70-80°C. Охлаждение осуществляют в протоке аргона. При температуре 75°C деталь вынимают из печи и отправляют на дальнейшую обработку в соответствии с технологическим процессом.A workpiece with a hole made by burning by an EDM method. The workpiece material is 03Kh11N10M2T grade martensitic steel. The workpiece is placed in a resistance furnace in a suspended (vertical) position. Heating is carried out in an inert environment - stagnant argon. The pressure in the furnace volume is 0.1 atm. The heating rate is 25 ° C per minute. Upon reaching a temperature of not lower than 760-780 ° C, exposure is carried out for 35-40 minutes. After exposure, the part is cooled at a speed of 25-30 ° C per minute to a temperature of 70-80 ° C. Cooling is carried out in an argon flow. At a temperature of 75 ° C, the part is removed from the furnace and sent for further processing in accordance with the technological process.

Claims

1. The method of high-temperature annealing of the billet of a receiver made of maraging steel, characterized in that the billet is heated in stagnant argon above the transition temperature of the alpha phase into the gamma phase by 35-55 ° C to a temperature of 760-780 ° C with a speed of 25- 30 ° C per minute, hold for 35-40 minutes and then cool the workpiece in flowing argon at a speed not exceeding 25 ° C per minute.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the material of the workpiece using maraging steel 03X11H10M2T.