RU2584103C2

RU2584103C2 - Hardening of metal sleeve at heating

Info

Publication number: RU2584103C2
Application number: RU2014126788/02A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Голенков; Сергей Юрьевич Радченко; Даниил Олегович Дорохов; Игорь Михайлович Грядунов; Александр Алексеевич Кисловский
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2016-05-20
Also published as: RU2014126788A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: hollow biller ends are squeezed. The hollow billet is revolved. The hollow billet inner surface is heated to the temperature lower than that of the billet material grain recovery. The billet outer surface is rolled by reciprocating axial displacement of rolling female die. The latter is composed of one or more rollers, one having the larger-diameter section.

EFFECT: increased depth of hardened zone.

1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к способам упрочнения втулок.The invention relates to the processing of metals by pressure, in particular to methods for hardening bushings.

Известен способ изготовления втулок, включающий получение полой заготовки и последующую обработку ее наружной поверхности обкаткой в роликовой матрице с фиксацией торцов заготовки, при этом обработку наружной поверхности заготовки осуществляют одновременно с ее формированием путем возвратно-поступательного движения одного или более роликов, имеющих участок большего диаметра (см. патент РФ №2340423 РФ, МПК В21Н 1/22, В82В 3/00, опубл. 10.12.2008).A known method of manufacturing bushings, including obtaining a hollow billet and subsequent processing of its outer surface by rolling in a roller matrix with fixing the ends of the billet, while processing the outer surface of the workpiece is carried out simultaneously with its formation by reciprocating one or more rollers having a section of a larger diameter ( see RF patent No. 2340423 of the Russian Federation, IPC B21H 1/22, B82B 3/00, publ. 10.12.2008).

Однако известный способ имеет существенный недостаток, который заключается в следующем. Глубина градиентно упрочненной зоны, а также величина упрочнения на обкатываемой поверхности зависят от глубины внедрения в заготовку участка ролика большего диаметра и от числа возвратно-поступательных движений роликов. При этом, чтобы зона деформации проникала на более значительную глубину, необходимо увеличивать оба эти параметра, но тогда, несмотря на отрицательное квазигидростатическое напряженное состояние деформируемого участка, еще до достижения необходимой глубины деформированного слоя в поверхностных слоях заготовки достигается максимально возможное упрочнение, исчерпывается резерв пластичности материала и начинается шелушение. Это не позволяет получить изделие с заданной увеличенной глубиной упрочнения, особенно если в поверхностных слоях максимальное упрочнение не требуется.However, the known method has a significant drawback, which is as follows. The depth of the gradient hardened zone, as well as the amount of hardening on the surface being rolled in, depend on the depth of penetration of the larger diameter roller section into the workpiece and on the number of reciprocating movements of the rollers. Moreover, in order for the deformation zone to penetrate to a greater depth, it is necessary to increase both of these parameters, but then, despite the negative quasi-hydrostatic stress state of the deformable section, the maximum possible hardening is achieved even before the necessary depth of the deformed layer is reached in the surface layers of the workpiece, and the material plasticity reserve is exhausted. and peeling begins. This does not allow to obtain a product with a given increased hardening depth, especially if maximum hardening is not required in the surface layers.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении номенклатуры обрабатываемых изделий, а также увеличении глубины упрочненной зоны при одновременном обеспечении заданного упрочнения поверхностных слоев изделия.The technical problem to which the invention is directed, consists in expanding the range of processed products, as well as increasing the depth of the hardened zone while ensuring the specified hardening of the surface layers of the product.

Техническая задача достигается тем, что в способе упрочнения металлических втулок с нагревом, включающем фиксацию торцов полой заготовки, вращение полой заготовки и одновременную обкатку ее наружной поверхности путем возвратно-поступательного осевого перемещения роликовой матрицы, состоящей из одного или более роликов, один из которых имеет участок большего диаметра, обеспечивают нагрев внутренней поверхности полой заготовки до температуры, не достигающей температуры рекристаллизации материала заготовки.The technical problem is achieved in that in a method of hardening metal bushings with heating, including fixing the ends of the hollow billet, rotating the hollow billet and simultaneously rolling in its outer surface by reciprocating axial movement of the roller matrix consisting of one or more rollers, one of which has a section larger diameter, provide heating of the inner surface of the hollow billet to a temperature not reaching the temperature of recrystallization of the billet material.

Технический результат заключается в расширении номенклатуры обрабатываемых материалов за счет возможности обработки твердых материалов ввиду снижения сопротивления деформированию, а также в увеличении глубины упрочненной зоны при одновременном обеспечении заданного упрочнения поверхностных слоев изделия.The technical result consists in expanding the range of processed materials due to the possibility of processing solid materials due to a decrease in resistance to deformation, as well as in increasing the depth of the hardened zone while ensuring the specified hardening of the surface layers of the product.

Сущность изобретения поясняется чертежом, представляющим схему способа для упрочнения металлических втулок с нагревом.The invention is illustrated in the drawing, representing a diagram of a method for hardening metal bushings with heating.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Заготовку 1, установленную на оправку 2, имеющую нагревательный элемент 3 с возможностью контроля его температуры, устанавливают в роликовую матрицу 4, состоящую из роликов, один из которых имеет участок 5 большего диаметра. Торцы фиксируют прижимами 6. Затем включают нагревательный элемент 3. После достижения оправкой 2 и внутренней поверхностью заготовки 1 температуры, близкой, но не достигающей температуры рекристаллизации материала обрабатываемой заготовки, заготовке 1 сообщают крутящий момент Мкр и начинают ее обкатку с одновременным возвратно-поступательным осевым перемещением роликовой матрицы 4. После совершения необходимого для достижения заданного упрочнения количества возвратно-поступательных перемещений роликовой матрицы 4 выключают нагревательный элемент 3, разводят ролики, отводят прижимы 6 и извлекают готовое изделие.A preform 1 mounted on a mandrel 2 having a heating element 3 with the possibility of controlling its temperature is installed in a roller matrix 4 consisting of rollers, one of which has a section 5 of a larger diameter. The ends are fixed with clamps 6. Then, the heating element 3 is turned on. After the mandrel 2 and the inner surface of the workpiece 1 reach a temperature close to, but not reaching, the recrystallization temperature of the material of the workpiece, the workpiece 1 is informed by the torque Mkr and starts rolling in with simultaneous reciprocal axial movement roller matrix 4. After completing the necessary to achieve the specified hardening, the number of reciprocating movements of the roller matrix 4 turn off the heating Yelnia element 3, diluted rollers withdrawn clamps 6 and extracting the finished product.

В процессе обработки в зоне деформации возникает напряженное состояние квазигидростатического сжатия, что способствует увеличению пластических свойств материала и, соответственно, достижению накопленной деформации, необходимой для получения упрочненной субмикро- и нанокристаллической структуры материала. Так как нагрев заготовки осуществляется от ее внутренней поверхности, а от ее наружной поверхности происходит активная теплоотдача, то по сечению заготовки возникает градиент температур и, соответственно, градиент сопротивления деформированию: ближе к наружной поверхности заготовки сопротивление деформированию больше, к внутренней поверхности - меньше. Это приводит к тому, что при внедрении в заготовку участка ролика большего диаметра зона пластичности распространяется в более глубокие слои заготовки, тем самым увеличивая глубину зоны упрочнения. Так как температура нагрева заготовки даже на внутренней поверхности не достигает температуры рекристаллизации, разупрочнения материала не происходит, а возврат, протекающий при более низких температурах, способствует снятию остаточных напряжений в изделии.During processing in the deformation zone, a stress state of quasi-hydrostatic compression occurs, which helps to increase the plastic properties of the material and, accordingly, to achieve the accumulated deformation necessary to obtain a hardened submicro- and nanocrystalline structure of the material. Since the preform is heated from its inner surface, and active heat transfer occurs from its outer surface, a temperature gradient arises over the preform cross section and, accordingly, the deformation resistance gradient: closer to the outer surface of the preform, the deformation resistance is greater and less to the inner surface. This leads to the fact that when introducing a larger diameter roller section into the billet, the plastic zone extends into deeper layers of the billet, thereby increasing the depth of the hardening zone. Since the heating temperature of the workpiece even on the inner surface does not reach the temperature of recrystallization, softening of the material does not occur, and the return flowing at lower temperatures helps to relieve residual stresses in the product.

Пример. Брали полую литую обточенную никелевую заготовку марки НП2 ГОСТ 492-2006 диаметром 45×30 мм, высотой 80 мм, помещали на позицию обработки в оправке и фиксировали торцы заготовки. Нагревали оправку до температуры 525°C. Затем сводили ролики и сообщали заготовке крутящий момент и одновременно внешнюю поверхность деформировали многократным возвратно-поступательным осевым перемещением деформирующих трех роликов диаметром 45 мм с силой 20 кН. Один из роликов имел участок большего диаметра. При этом торцы заготовки фиксировались. После завершения обработки все элементы возвращали в исходное состояние и удаляли готовую втулку с позиции обработки. Для сравнения провели обработку аналогичной втулки из никеля марки НП2 ГОСТ 492-2006 по способу, описанному в прототипе.Example. They took a hollow cast, turned, nickel billet of grade NP2 GOST 492-2006 with a diameter of 45 × 30 mm, a height of 80 mm, placed at the machining position in the mandrel and fixed the ends of the workpiece. The mandrel was heated to a temperature of 525 ° C. Then the rollers were brought together and the workpiece was informed of the torque, and at the same time the external surface was deformed by repeated reciprocal axial movement of the deforming three rollers with a diameter of 45 mm with a force of 20 kN. One of the rollers had a larger diameter section. In this case, the ends of the workpiece were fixed. After processing, all elements were returned to their original state and the finished sleeve was removed from the processing position. For comparison, we processed a similar sleeve made of nickel grade NP2 GOST 492-2006 according to the method described in the prototype.

В результате по способу упрочнения металлических втулок с нагревом получали втулку из никеля марки НП2 ГОСТ 492-2006, требуемой упрочненной и градиентной от внутренней поверхности структурой металла, при этом глубина упрочнения была на 20% больше, чем при обработке по способу, описанному в прототипе, без возникновения шелушения на наружной поверхности.As a result, by the method of hardening metal bushings with heating, a sleeve of nickel of the grade NP2 GOST 492-2006 was obtained, the metal structure required was hardened and gradient from the inner surface, while the depth of hardening was 20% greater than when processing by the method described in the prototype without peeling on the outer surface.

Claims

A method of hardening metal bushings, including fixing the ends of the hollow billet, rotating the hollow billet and simultaneously rolling in its outer surface by reciprocating axial movement of the roller matrix, consisting of one or more rollers, one of which has a larger diameter section, characterized in that it provides heating the inner surface of the hollow workpiece to a temperature not reaching the temperature of recrystallization of the workpiece material.