close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

способ упрочнения металлической цилиндрической трубы

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
RU
(19)
(11)
2 300 574
(13)
C2
(51) МПК
C21D 7/00
C21D 9/08
(2006.01)
(2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2005124127/02, 28.07.2005
(72) Автор(ы):
Шерстнёв Владимир Алексеевич (RU),
Мочалов Михаил Алексеевич (RU)
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
28.07.2005
Адрес дл переписки:
197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5,
СПбГЭТУ, патентный отдел, Е.А. Ивановой
2 3 0 0 5 7 4
причем осевую силу и внутреннее давление
прикладывают в виде знакопосто нных циклов в
противофазах, а крут щий момент - по
симметрическому циклу с отставанием или
опережением по фазе на четверть периода
относительно фазы одного из экстремальных
значений осевой силы, причем получающемус вихревому
тренировочному
двухосному
раст жению придают спиралевидно нарастающий
характер с доведением максимального главного
напр жени до уровн временного сопротивлени материала при частоте вращени главных осей
напр женного состо ни не менее ~5-10 Гц. 6 ил.
R U
(57) Реферат:
Изобретение относитс к области объемного
упрочнени металлических изделий методами
тренирующих
механических
воздействий.
Техническим результатом изобретени вл етс повышение циклической долговечности. Дл достижени технического
результата
цилиндрическую тонкостенную трубу подвергают
многократному тренировочному воздействию при
непрерывном
вращении
главных
осей
напр женного состо ни путем одновременного
приложени раст гивающей осевой силы,
внутреннего давлени и скручивающего момента,
Страница: 1
RU
C 2
C 2
(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ТРУБЫ
2 3 0 0 5 7 4
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: ЛОГИНОВ Ю.Я., ШЕРСТНЕВ В.А. Об
одной особенности сопротивлени меди
циклическому нагружению. - Л., 1986. RU
2256899 C1, 20.07.2005. SU 1708882 A1,
05.10.1992. SU 290927 А, 11.03.1971. RU
2126842 C1, 28.02.1999.
R U
(73) Патентообладатель(и):
Общество с ограниченной ответственностью
"САНТИ" (RU)
(45) Опубликовано: 10.06.2007 Бюл. № 16
RUSSIAN FEDERATION
RU
(19)
(11)
2 300 574
(13)
C2
(51) Int. Cl.
C21D 7/00
C21D 9/08
(2006.01)
(2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2005124127/02, 28.07.2005
(72) Inventor(s):
Sherstnev Vladimir Alekseevich (RU),
Mochalov Mikhail Alekseevich (RU)
(24) Effective date for property rights: 28.07.2005
(45) Date of publication: 10.06.2007 Bull. 16
Mail address:
197376, Sankt-Peterburg, ul. Prof. Popova, 5,
SPbGEhTU, patentnyj otdel, E.A. Ivanovoj
C 2
2 3 0 0 5 7 4
R U
cycles in the opposite phase, and the torque - in
compliance with the symmetrical cycle with the
lag or with the phase advance by the quarter of
the cycle concerning the phase of one of the
extreme values of the axial thrust. At that the
formed rotational training biaxial stretching is
given the helical rising character with bringing
the maximal main stress up to the level of the
material
tensile
strength
at
the
rotation
frequency of the main axes of the stress state of
no less than 5-10 Hz.
EFFECT: the invention ensures the increased
cyclic service life of the of the metallic thinwall cylindrical pipes.
6 dwg
Страница: 2
EN
C 2
(57) Abstract:
FIELD: mechanical engineering; methods of
volumetric hardenings of the metallic products.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the
field of volumetric hardenings of the metallic
products by methods of training mechanical
actions. The technical result of the invention is
the increased cyclic service life. For reaching
the technical result the cylindrical thin-walled
pipe is subjected to the multiple training action
at the continuous gyration of the main axes of
the
stressed
state
by
the
simultaneous
application of the stretching axial force, the
interior pressure and the twisting moment. At
that the axial thrust and the interior pressure
are applied in the form of the constant sign
2 3 0 0 5 7 4
(54) METHOD OF HARDENING OF THE METALLIC CYLINDRICAL PIPE
R U
(73) Proprietor(s):
Obshchestvo s ogranichennoj otvetstvennost'ju
"SANTI" (RU)
RU 2 300 574 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
Изобретение относитс к области объемного упрочнени металлических изделий
методами тренирующих механических воздействий.
Известен способ статической выт жки металлических заготовок в виде прутков
(В.И.Феодосьев. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1979, стр.54-55), [1], когда
пруток выт гивали в пределах равномерной пластической деформации, в результате чего
получали повышение характеристик прочности исходного материала. К достоинствам
способа следует отнести надежную прогнозируемость данного эффекта и простоту
технической реализации.
К недостаткам способа относитс существенное искажение формы исходной заготовки,
что ограничивает сферу его применени стержневыми элементами крепежного назначени и неоднозначность его вли ни на сопротивление получаемых деталей разрушению при
циклическом нагружении.
К повышению прочности материала тонкостенных цилиндрических труб приход т,
реализу раст жение в виде сложного пути статического нагружени при дискретной
переориентации тренирующего воздействи по круговым траектори м (В.Г.Зубчанинов,
Н.Л.Охлопков, В.В.Гараников. Экспериментальна пластичность. Книга 1. Процессы
сложного деформировани . Изд. ТГТУ, Тверь, 2003), [2]. Счита технические усложнени при осуществлении способа оправданными достигаемым эффектом, необходимо отметить
в качестве главного недостатка существенное искажение формы детали вблизи ее
концевых зон вследствие значительных остаточных деформаций в поперечном
направлении.
Известен способ нагружени тонкостенного цилиндрического трубчатого образца дл получени вихревого раст жени материала, когда вектор напр жени в произвольной
точке совершает вращение относительно нормали к боковой поверхности образца,
проход щей через ту же точку (А.С. №1619117, опубл. в БИ №1, 1991), [3].
Одноосное раст жение материала в различных направлени х обеспечиваетс за счет
одновременного приложени к цилиндрическому трубчатому образцу осевой силы,
внутреннего давлени и скручивающего момента в различных комбинаци х.
Достоинство способа состоит в том, что он обеспечивает возможность вы влени тренирующих воздействий в услови х плавной многократной переориентации
раст гивающего действи на стенку трубы.
Недостатки способа про вл ютс в технической сложности осуществлени противофазных отнулевых циклов изменени осевой силы и внутреннего давлени (предполагаютс гидравлические источники силовозбуждени ), а также в жесткой
зависимости параметров генерируемого воздействи от изменени исходной геометрии
образца, которое в зависимости от частоты нагружени может быть весьма значительным и
которое в подобных случа х следует рассматривать как отдельный недостаток в виде
искажени формы детали.
Известен также способ испытани [1], (стр.74) при динамической выт жке
металлических стержневых образцов, в результате которой получали существенное
увеличение предела прочности исходного материала (см. ?в (1) и ?в (2) на фиг.1). Скорость
деформировани при этом необходимо повышать от
до
и более, что технически вполне реализуемо.
45
50
Вместе с тем в услови х однократного динамического нагружени детали с целью ее
упрочнени при незначительной остаточной деформации (сравнить ?ост (2) и ?ост (1) при
одинаковом уровне напр жений ?max по кривым 2 и 1 на фиг.1) оказываетс , технически
сложно ограничить уровень максимального напр жени ?max при обеспечении требуемой
высокой скорости деформировани .
По этой причине указанный способ чаще всего используют дл получени оценки
потенциальных возможностей детали в экстремальных ситуаци х, нежели с целью
создани упрочн ющих технологий.
Страница: 3
DE
RU 2 300 574 C2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Наиболее близким к за вл емому техническому решению вл етс способ воздействи на трубчатый образец (Ю.Я.Логинов, В.А.Шерстнев. Об одной особенности сопротивлени меди циклическому нагружению. Деп. В ВИНИТИ, №2242 - В 86, 1986), [4], когда в
образце создавали тренировочное воздействие в виде монотонной выт жки на ~50% от
равномерной остаточной деформации материала трубы с последующим тренирующим
циклическим раст жением при уровне максимальных за цикл напр жений,
составл ющем ~80ч90% от достигнутого уровн напр жений на стадии монотонной
выт жки, причем тренировочное воздействие создавали в направлении, ортогональном по
отношению к направлению рабочего воздействи . В результате указанных операций
сопротивление материала разрушению от многоцикловой усталости, измер емое числом
циклов до разрушени , повышаетс на пор док и более. Недостатком способа при этом
вл етс достижение результата за счет значительных остаточных деформаций и
соответственно за счет искажени формы упрочн емой детали, что особенно про вл етс вблизи концевых зон.
Задачей, на решение которой направлено за вл емое изобретение, вл етс получение
способа упрочнени металлической цилиндрической трубы при весьма незначительных
остаточных деформаци х, которые должны составл ть величину пор дка 0,1ч0,2%, что
соответствует норме на определение условного предела текучести материала с не вно
выраженной площадкой текучести. Ожидаемый прогноз повышени циклической
долговечности при этом основываетс , с одной стороны, на факте с дискретной
переориентацией тренировочного воздействи по отношению к рабочему, и с другой - на
новых физических представлени х о релаксационной природе пластической деформации
(Структурные уровни пластической деформации и разрушени . Панин В.Е., Грин ев Ю.В.,
Данилов В.И. и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1990, стр.8-9), [5], которые
предполагают необходимость учета скорости процесса пластического деформировани ,
при рассмотрении характера сопротивлени материала механическому воздействию. В
соответствии с [5] (стр.130-132) при некотором ограничении уровн макронапр жений по
отношению к предельному процесс деформировани развиваетс на уровне
дислокационных ансамблей, не выход за рамки микро- и мезоуровней; эволюци структуры материала с обеспечением его упрочнени останавливаетс на уровне
различных субструктур, не привод к сколько-нибудь значительным макродеформаци м.
Что же касаетс обеспечени относительно высоких скоростей тренировочного
и более), то оно может
упругопластического деформировани быть достигнуто за счет цикличности воздействи на деталь при частотах f~5ч10 Гц даже
при незначительном превышении максимального напр жени над пределом
пропорциональности материала ?П в его исходном состо нии.
Технический результат, заключающийс в повышение статической прочности и
циклической долговечности металлической цилиндрической трубы при незначительной
остаточной деформации, достигаетс путем переориентации тренировочного
механического воздействи на материал трубы на ортогональное по отношению к рабочему
воздействию, причем тренировочное воздействие представл ет собой монотонную выт жку
на ~50% от равномерной остаточной деформации материала трубы с последующим
тренирующим циклическим раст жением при уровне максимальных за цикл напр жений,
составл ющем ~80-90% от достигнутого уровн напр жений на стадии монотонной
выт жки, при этом переориентаци тренировочного воздействи производитс многократно
при непрерывном вращении главных осей напр женного состо ни (вихрь нагружени ),
достигаемом посредством одновременного приложени раст гивающей осевой силы
внутреннего давлени и скручивающего момента, причем осевую силу и внутреннее
давление прикладывают в виде знакопосто нных циклов в противофазах, а крут щий
момент - по симметричному циклу с отставанием (или опережением) по фазе на четверть
периода относительно фазы одного из экстремальных значений осевой силы, причем
получающемус вихревому тренировочному двухосному раст жению придают
Страница: 4
RU 2 300 574 C2
5
10
15
спиралевидно нарастающий характер с доведением максимального главного напр жени до уровн временного сопротивлени материала при частоте вращени главных осей
напр женного состо ни не менее ~5ч10 Гц.
На фиг.1 приведена иллюстраци , по сн юща идею упрочнени пластичного
материала методом динамической выт жки: увеличение предела пропорциональности ?П *
(см. кривую 2) в сравнении с исходным значением ?П достигаетс при весьма
незначительной величине остаточной деформации ?ост (2) в то врем , как при статической
выт жке (крива 1) соответствующа деформаци ?ост (1) оказываетс во много раз больше.
На фиг.2 - схема воздействи на тонкостенный трубчатый образец осевой силой N,
скручивающим моментом М и внутренним давлением р, привод щими к двухосному
раст жению, причем величины главных напр жений ?1 и ?2 определ ютс компонентами
напр женного состо ни ?х, ?? и ?x?=??х на элементарной площадке фиксированной
ориентации.
На фиг.3 - графики изменени напр жений ?x, ?? и ?x?=??х, привод щие к вращению
главных осей напр женного состо ни 1 и 2 с посто нной циклической частотой; при этом
20
25
30
35
На фиг.4 - кругова диаграмма напр жений, показывающа , что положение характерных
площадок напр женного состо ни (главные площадки 1 и 2, а также площадки
с ?max) периодически измен етс во времени, поскольку ?=?(t).
На фиг.5 - вариант изменени во времени напр жений ?1 и ?2 с целью реализации
тренирующего воздействи ; напр жение ?1 при этом увеличиваетс до уровн ?1??в, где ?в
- предел статической прочности материала (временное сопротивление).
На фиг.6 - установка дл реализации предлагаемого способа упрочнени .
Последовательность механических воздействий на трубу, которые привод т к
существенному объемному упрочнению материала при незначительных остаточных
деформаци х (~0,1ч0,2%) состоит в следующем.
Статическим воздействием факторами N и р (фиг.2) в образце создают за врем tСВ
(фиг.5) двухосное равномерное раст жение при
,
причем ?min?0,2?П. Ввод динамическую составл ющую воздействи в соответствии с
графиками ?х, ?? и ?х?=??х (фиг.3), реализуют стадию подготовки tподг тренировочного
40
45
50
режима (фиг.5), увеличива напр жение ?1 до уровн ?П и снижа напр жение ?2 до
уровн ?min Затем переход т к режиму тренировки tрег с регулированием значени ?1,
увеличива его до уровн ?1??В (точное значение определ етс на основании нескольких
пробных опытов). Завершают тренировку образца в режиме стабилизации tст, после чего
снижают сначала циклическую составл ющую воздействи или провод динамическую
разгрузку (стади tдр), а затем провод т и статическую разгрузку (стади tcp). Длительность
режимов tсн, tподг, tрег, tдр, tcp определ етс техническими возможност ми регулировани используемого нагружающего устройства, а длительность режима стабилизации
составл ет ~1 мин (частота нагружени /в процессе циклического воздействи составл ет f~5ч10 Гц).
В результате описанных воздействий цилиндрическа тонкостенна труба, остава сь
практически в прежних размерах, приобретает более высокие характеристики прочности.
Дл реализации предлагаемого способа упрочнени необходимо обеспечить
трехкомпонентное нагружение цилиндрической трубы, где значение силовых факторов N
Страница: 5
RU 2 300 574 C2
(осева сила), р (внутреннее давление) и М (скручивающий момент) задают на основании
следующих формул:
5
10
15
20
25
30
35
где Nдоп - дополнительное осевое усилие, необходимое дл уравновешивани осевого
раст жени трубы от внутреннего давлени р; Nнагр - усилие, прикладываемое к трубе со
стороны нагружающего устройства; d0 - внутренний диаметр трубы; h - толщина стенки
трубы.
Данный способ может быть реализован при использовании устройства (фиг.6),
предназначенного дл обработки трубы 1, содержащего источники 2, 3, 4 генерировани осевой силы N, внутреннего давлени р и скручивающего момента М, а также стандартную
разрывную машину с основанием 5, неподвижной траверсой 6, подвижной траверсой 7 и
колоннами 8. Источники силовозбуждени 2, 3 и 4 должны обеспечивать
сервогидравлическое регулирование параметров N, р и М по величине и их соответствие
по фазам.
Формула изобретени Способ упрочнени металлической цилиндрической трубы, включающий
переориентацию тренировочного механического воздействи на материал трубы,
отличающийс тем, что переориентацию тренировочного воздействи производ т
многократно при непрерывном вращении главных осей напр женного состо ни путем
одновременного приложени раст гивающей осевой силы, внутреннего давлени и
скручивающего момента, причем осевую силу и внутреннее давление прикладывают в виде
знакопосто нных циклов в противофазах, а крут щий момент - по симметрическому циклу с
отставанием или опережением по фазе на четверть периода относительно фазы одного из
экстремальных значений осевой силы, причем получающемус вихревому тренировочному
двухосному раст жению придают спиралевидно нарастающий характер с доведением
максимального главного напр жени до уровн временного сопротивлени материала при
частоте вращени главных осей напр женного состо ни не менее ~5-10 Гц.
40
45
50
Страница: 6
CL
RU 2 300 574 C2
Страница: 7
DR
RU 2 300 574 C2
Страница: 8
RU 2 300 574 C2
Страница: 9
RU 2 300 574 C2
Страница: 10
RU 2 300 574 C2
Страница: 11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
356 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа