RU2533251C1

RU2533251C1 - Processing of article from thin sheet

Info

Publication number: RU2533251C1
Application number: RU2013116151/02A
Authority: RU
Inventors: Игорь Олегович Думанский; Сергей Игоревич Думанский; Андрей Игоревич Думанский; Владимир Николаевич Шиловский; Алексей Владимирович Прохоров
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-11-20
Also published as: RU2013116151A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: this process comprises placing the billet inside the mould, its electrical heating therein along with billet expansion and cooling in said mould. Note here that said expansion is carried out to strains exceeding the article material yield point. Billet material structural state thus obtained allows a notable increase in entire set of mechanical properties, e.g. elastic limit, yield point and breaking point.

EFFECT: apart from said properties, higher resilience at room and low temperatures.

1 dwg

Description

Изобретение относится к обработке металлов, а именно к способам производства листовых деталей путем штамповки и термической обработки, и может быть использовано при изготовлении закаленных тонколистовых деталей.The invention relates to the processing of metals, and in particular to methods for the production of sheet metal parts by stamping and heat treatment, and can be used in the manufacture of hardened sheet metal parts.

Известен способ термомеханической обработки быстрорежущих сталей, включающий аустенизацию при температуре более 1150°С, подстуживание до 400-600°С, после чего производят скоростной нагрев до температуры горячей деформации 960-1150°С со степенью обжатия более 0,7, закалку и многократный отпуск (Авт. св. СССР №449941, МПК C21D 7/14, 9/21, 1974 г. - аналог).A known method of thermomechanical processing of high-speed steels, including austenization at a temperature of more than 1150 ° C, undercooling to 400-600 ° C, and then produce rapid heating to a hot deformation temperature of 960-1150 ° C with a compression ratio of more than 0.7, quenching and multiple tempering (Aut. St. USSR No. 449941, IPC C21D 7/14, 9/21, 1974 - analogue).

Однако такой способ не дает возможности обработки изделий из тонкого листа.However, this method does not allow the processing of products from a thin sheet.

Известен способ термической обработки легированной стали, преимущественно сложнолегированной, включающий нагрев до температуры выше А_сз, горячую пластическую деформацию, выдержку, охлаждение со скоростью выше критической, повторный нагрев до температуры двухфазной аустенитно-ферритной области, охлаждение со скоростью выше критической и отпуск, при этом после горячей пластической деформации и повторного нагрева проводят выдержку, продолжительность которой назначают исходя из обеспечения первичной рекресталлизации (Патент РФ №1696515, МПК C21D 8/00, 1991 г. - аналог).A known method of heat treatment of alloy steel, mainly complex alloyed, including heating to a temperature above A _sz , hot plastic deformation, aging, cooling at a speed above critical, reheating to a temperature of a two-phase austenitic-ferritic region, cooling at a speed above critical and tempering, after hot plastic deformation and reheating, an exposure is carried out, the duration of which is prescribed on the basis of primary recrystallization (RF Patent No. 169651 5, IPC C21D 8/00, 1991 - analogue).

Однако данный способ неприменим для углеродистых, низко- и среднелегированных сталей.However, this method is not applicable for carbon, low and medium alloy steels.

Известен способ обработки изделий из тонкого листа, включающий установку изделия в полость штампа, электронагрев его в штампе, приложение к изделию усилий сжатия и последующее охлаждение в штампе, при этом одновременно с нагревом изделие растягивают до напряжений, не превышающих предела текучести материала изделия, при этом нагрев производят со скоростью 100…2000°С/с, а сжатие - со скоростью 3…8 м/с (Авт. св. СССР №1555010, МПК B21D /00, C21D 8/00, 1990 г. - прототип).A known method of processing products from a thin sheet, including installing the product in the cavity of the stamp, electrically heating it in the stamp, applying compressive forces to the product and subsequent cooling in the stamp, while at the same time heating the product is stretched to stresses not exceeding the yield strength of the product material, heating is carried out at a speed of 100 ... 2000 ° C / s, and compression is performed at a speed of 3 ... 8 m / s (Avt. St. USSR No. 1555010, IPC B21D / 00, C21D 8/00, 1990 - prototype).

Растяжение заготовки по этому способу производится только с целью компенсации ее термического удлинения при нагреве. Некоторое повышение прочностных свойств в таком случае достигается только за счет эффекта измельчения зерна материала заготовки при скоростном нагреве. Этот эффект имеет существенные ограничения. Использование скоростей нагрева до 2000°С/с применительно, например, к сталям не позволяет получить величину зерна аустенита менее 10 мкм. Применение более высоких (до 10000°С/с и выше) скоростей требует, в свою очередь, высоких энергетических затрат и чрезвычайно высоких требований по быстродействию к системам управления и регулирования параметров технологического процесса. Использование по известному способу одновременной высокоскоростной (до 8 м/с) штамповки требует также высокоэнергетических штамповых установок и значительно снижает ресурс штампов.The workpiece is stretched by this method only to compensate for its thermal elongation when heated. In this case, a certain increase in strength properties is achieved only due to the effect of grain refinement of the workpiece material under high-speed heating. This effect has significant limitations. The use of heating rates up to 2000 ° C / s as applied, for example, to steels does not allow to obtain an austenite grain size of less than 10 microns. The use of higher (up to 10,000 ° C / s and higher) speeds requires, in turn, high energy costs and extremely high performance requirements for control systems and regulation of process parameters. Using the known method of simultaneous high-speed (up to 8 m / s) stamping also requires high-energy stamping plants and significantly reduces the life of stamps.

Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение качества, а именно комплекса прочностных механических свойств, изделий из тонкого листа.The problem to which the invention is directed is improving the quality, namely, the complex of mechanical strength properties, products from a thin sheet.

Это достигается тем, что в известном способе, включающем установку заготовки в полость штампа, электронагрев ее в штампе с одновременным растяжением заготовки, приложение к заготовке усилия сжатия, последующее охлаждение в штампе, при этом растяжение заготовки в процессе нагрева осуществляется с усилием, создающим в заготовке напряжения, превышающие предел текучести материала заготовки при температуре нагрева и с обеспечением величины относительного удлинения δ_р=20-30%.This is achieved by the fact that in the known method, including the installation of the workpiece in the cavity of the stamp, electrically heating it in the stamp while stretching the workpiece, applying a compression force to the workpiece, subsequent cooling in the stamp, while stretching the workpiece during heating is carried out with the force that creates in the workpiece stresses exceeding the yield strength of the workpiece material at a heating temperature and providing a relative elongation δ _p = 20-30%.

Отличие этого способа от прототипа заключается в том, что непосредственно перед штамповкой контролируемое растяжение заготовки производится с усилием, обеспечивающим создание в материале заготовки напряжений, несколько превышающих предел текучести при температуре нагрева, с тем чтобы обеспечить нормированную величину относительного удлинения порядка δ_р=20-30%.The difference between this method and the prototype lies in the fact that immediately before stamping, the controlled tension of the workpiece is performed with a force that ensures the creation of stresses in the workpiece material slightly higher than the yield strength at the heating temperature, so as to provide a normalized value of the relative elongation of the order of δ _p = 20-30 %

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена схема реализации способа.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 presents a diagram of the implementation of the method.

Листовая заготовка 1 закрепляется в неподвижном электрозажиме 2 и подвижном электрозажиме 3. К подвижному зажиму прикладывается усилие растяжения F_p, величина которого обеспечивает создание напряжений в заготовке, несколько превышающих предел текучести материала заготовки при температуре нагрева. Затем производится электронагрев заготовки от источника питания 4. В процессе электронагрева заготовка растягивается на величину зазора Δ за счет смещения подвижного зажима 3 до упора в ограничитель 5, что исключает разрыв заготовки. Величина зазора Δ обеспечивает нормированное относительное удлинение заготовки δ_р=20-30%. После нагрева производится смыкание штамповых металлических блоков 6 и формообразование с одновременным охлаждением изделия.The sheet blank 1 is fixed in a stationary electric clamp 2 and a movable electric clamp 3. A tensile force F _{p is} applied to the movable clamp, the magnitude of which ensures the creation of stresses in the workpiece, slightly exceeding the yield strength of the workpiece material at a heating temperature. Then, the workpiece is electrically heated from the power source 4. During the electric heating, the workpiece is stretched by the gap Δ due to the displacement of the movable clamp 3 as far as the stop in the limiter 5, which eliminates the breaking of the workpiece. The gap Δ provides a normalized relative elongation of the workpiece δ _p = 20-30%. After heating, the closing of stamped metal blocks 6 and shaping with simultaneous cooling of the product are performed.

Предлагаемый способ, таким образом, позволяет помимо эффекта измельчения зерна за счет скоростных нагрева и штамповки использовать эффект высокотемпературной термомеханической обработки, заключающийся в дополнительном измельчении зерна и субзерна, и, как следствие, создании в материале заготовки более высокого уровня деформационного и фазового наклепа.The proposed method, therefore, allows, in addition to the effect of grain grinding due to high-speed heating and stamping, to use the effect of high-temperature thermomechanical processing, which consists in additional grinding of grain and subgrain, and, as a result, creation of a higher level of deformation and phase hardening in the workpiece material.

Получаемое в этом случае особое структурное состояние позволяет значительно повысить весь комплекс прочностных свойств, таких как пределы упругости, текучести и прочности, обеспечив одновременно больший запас прочности и пластичности. Наряду с названными свойствами в значительной степени повышается ударная вязкость при комнатной и низкой температурах, понижаются порог хладноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости.The special structural state obtained in this case allows one to significantly increase the whole complex of strength properties, such as elasticity, yield strength, and strength, while providing a greater margin of safety and ductility. Along with the aforementioned properties, the toughness at room and low temperatures significantly increases, the cold brittleness threshold and sensitivity to temper brittleness decrease.

Предлагаемый способ реализован в технологическом процессе изготовления гофрированных упругих элементов из стали 60С2А. Толщина заготовки варьируется в диапазоне 0,2-0,5 мм. Нагрев заготовки производится до температуры 950-110°С (в зависимости от скорости нагрева) со скоростью нагрева 100-10000°/с. Для заготовки длиной 140 мм и размерами поперечного сечения 0,3×40 мм усилие растяжения составляет 420Н (предел текучести 35 МПа) при температуре 1000°С, при этом величина зазора Δ=28 мм (δ_р=20%). Скорость приложения усилия при штамповке 0,5-10 м/с. Конечная толщина полученного изделия 0,28 мм.The proposed method is implemented in the manufacturing process of corrugated elastic elements of steel 60C2A. The thickness of the workpiece varies in the range of 0.2-0.5 mm. The preform is heated to a temperature of 950-110 ° C (depending on the heating rate) with a heating rate of 100-10000 ° / s. For a workpiece with a length of 140 mm and a cross-sectional size of 0.3 × 40 mm, the tensile force is 420N (yield strength 35 MPa) at a temperature of 1000 ° C, and the gap Δ = 28 mm (δ _p = 20%). The speed of application of force during stamping is 0.5-10 m / s. The final thickness of the obtained product is 0.28 mm.

Claims

A method of processing a thin sheet blank, including installing the blank in the die cavity, electrically heating it in the stamp while stretching the blank, applying a compressive force to the blank, subsequent cooling in the stamp, characterized in that the tension during heating is carried out with a force that creates stresses in the blank, exceeding the yield strength of the workpiece material, providing the relative elongation δ _p = 20-30%.