RU2040555C1

RU2040555C1 - Method of strengthening metallic products

Info

Publication number: RU2040555C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Иванович Зырянов
Original assignee: Игорь Иванович Зырянов
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: method comprises steps of magnetizing and cooling a product to (-196)C, filling a volume of a funnel by water, after the water had been converted to ice, placing a charge of an explosion matter with the product, embedded into an ice damper, coaxially with a tank, containing a cooling medium such as mixture of sand and liquid nitrogen. The tank is formed in frozen or permafrost ground. After such preparation the charge of the explosion matter is being initiated, and the product, had been embedded into the ice damper, is being acted by a pulse pressure, equal to 300-400 kB, and it is being thrown in axial direction. The ice damper, subjected to action of thermal and dynamic loads, evaporates, and the product appears to be in contact with the cooling medium, acting upon it by deep cold. In 5-30 minutes the product is being removed out of the tank, and it is being cured in air up to 20 C. EFFECT: enhanced mechanical properties of metallic products. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии упрочнения металлических изделий. The invention relates to the technology of hardening of metal products.

Известен способ упрочнения металлических изделий, включающий деформацию путем воздействия импульсом давления ударных волн заряда взрывчатого вещества на изделие через демпфер и охлаждение [1]
Этот способ имеет следующие недостатки: нельзя достичь максимального эффекта упрочнения из-за сложностей использования эффекта сходящихся ударных волн; в процессе импульсного нагружения относительно высокая температура обрабатываемого изделия снижает эффект упрочнения; очень сложно обеспечить одновременный подход ударной волны взрыва к поверхности изделия; эффект применения низких температур охлаждающей среды используется однократно; максимальная масса заряда ВВ ограничена; металлоемкость оснастки и ее сложность увеличивают стоимость способа; сборка (разборка) оснастки занимает много времени, процесс не поддается автоматизации.A known method of hardening metal products, including deformation by exposure to a pressure pulse of shock waves of an explosive charge on the product through a damper and cooling [1]
This method has the following disadvantages: it is impossible to achieve the maximum effect of hardening due to the difficulties of using the effect of converging shock waves; during pulsed loading, the relatively high temperature of the workpiece reduces the hardening effect; it is very difficult to provide a simultaneous approach of the shock wave of the explosion to the surface of the product; the effect of applying low temperatures of the cooling medium is used once; maximum explosive charge mass is limited; metal consumption of equipment and its complexity increase the cost of the method; assembly (disassembly) of equipment takes a lot of time, the process cannot be automated.

Известно также использование воды в качестве демпфера (авт.св. СССР N 469350, кл. С 21 D 6/00, однако вода (в жидкой фазе) при высоких давлениях проявляет сильный расклинивающий эффект разрушение обрабатываемого изделия. It is also known to use water as a damper (ed. St. USSR N 469350, class C 21 D 6/00, however water (in the liquid phase) exhibits a strong proppant destruction of the workpiece at high pressures.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик изделия и снижение стоимости способа. The aim of the invention is to increase the strength characteristics of the product and reduce the cost of the method.

Цель достигается новой совокупностью действий, отличиями которой являются: предварительное намагничивание и охлаждение объекта упрочнения до минус 196^оС, образование демпфера из льда, камера для помещения охлаждающей среды выполнена в мерзлом грунте, заряд ВВ изготавливают с кумулятивной выемкой в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу заряда. Изделие размещают в выемке соосно ей.This object is achieved a new set of action, differences which are pre-magnetization and cooling object hardening to minus 196 ^{° C,} formation of the damper of ice to the cooling medium space chamber is in the frozen soil, explosive charge is made with cumulative recess in the form of a truncated cone widening towards charge output. The product is placed in the recess coaxially with it.

Предварительное охлаждение упрочняемого объекта и вслед за этим быстротечность и непрерывность процесса по схеме сжатие-удар холодом ведут к увеличению прочностных характеристик изделия. Pre-cooling of the hardened object and, consequently, the transience and continuity of the process according to the compression-shock scheme lead to an increase in the strength characteristics of the product.

Достигается максимально возможный эффект упрочнения, так как процесс идет при симметричном нагружении упрочняемого изделия сходящейся ударной волной взрыва заряда ВВ. The maximum possible effect of hardening is achieved, since the process proceeds under symmetric loading of the hardened product with a converging shock wave of explosive charge explosion.

Обеспечивается одновременный подход ударной волны к поверхности изделия. A simultaneous approach of the shock wave to the surface of the product is provided.

Эффект применения низких температур в процессе используется неоднократно. The effect of applying low temperatures in the process is used repeatedly.

Уменьшаются потери холода через стенки емкости для охлаждающей среды. Cold losses through the walls of the tank for the cooling medium are reduced.

Максимальная масса заряда ВВ неограничена. The maximum explosive charge mass is unlimited.

Снижена сложность и металлоемкость оснастки, процесс возможно вести в полевых условиях. Все это обуславливает низкий уровень капитальных затрат. The complexity and metal consumption of the equipment is reduced, the process can be conducted in the field. All this leads to a low level of capital costs.

Повышается производительность труда, возможна автоматизация процесса. Labor productivity increases, process automation is possible.

На фиг.1,2 показано предлагаемое устройство (взаимное расположение элементов устройства перед началом процесса); на фиг. 3 момент после срабатывания устройства, когда объект упрочнения (металлический стержень) зафиксирован в охлаждающей среде. Figure 1.2 shows the proposed device (the relative position of the elements of the device before the start of the process); in FIG. 3 moment after the operation of the device, when the object of hardening (metal rod) is fixed in a cooling medium.

На чертежах обозначены: 1 заряд взрывчатого вещества (ВВ), 2 камера в мерзлом грунте, 3 объект упрочнения (металлический стержень), 4 линза, 5 демпфер из льда, 6 металлическая плита, 7 отверстие в металлической плите, 8 песок, насыщенный жидким азотом. On the drawings are indicated: 1 explosive charge, 2 chamber in frozen ground, 3 hardening object (metal rod), 4 lens, 5 ice damper, 6 metal plate, 7 hole in a metal plate, 8 sand saturated with liquid nitrogen .

П р и м е р. Изделие, например стальной стержень 3, предварительно намагничивают, а затем охлаждают до минус 196^оС. Заряд ВВ 1 изготавливают с кумулятивной выемкой в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу заряда. Изделие 3 размещают в выемке соосно ей, заполняют выемку водой и выдерживают до образования ледяного демпфера 5.PRI me R. The product, for example a steel rod 3, a pre-magnetized, and then was cooled to -196 ^C. The explosive charge 1 is manufactured with a recess in the cumulative frustoconical widening to the output charge. The product 3 is placed in the recess coaxially with it, the recess is filled with water and maintained until an ice damper 5 is formed.

Изделие 3 с зарядом ВВ 1 располагают напротив входного отверстия 7 камеры 2 соосно с ним и инициируют заряд ВВ-1. Product 3 with a charge of BB 1 is placed opposite the inlet 7 of the chamber 2 coaxially with it and initiate a charge of BB-1.

При срабатывании заряда ВВ 1 демпфер 5 с вмещенным в его массу стержнем 3 получает движение в осевом направлении. Одновременно продукты взрыва заряда ВВ 1 передают стержню 3 импульс давления в 200-240 килобар. When the charge BB 1 is activated, the damper 5 with the rod 3 located in its mass receives movement in the axial direction. At the same time, the products of the explosion of the explosive charge 1 transmit to the rod 3 a pressure pulse of 200-240 kilobars.

Под воздействием динамических и тепловых нагрузок демпфер 5 разрушается и в дальнейшем процессе не участвует. Under the influence of dynamic and thermal loads, the damper 5 is destroyed and is not involved in the further process.

Освобожденное от демпфера 5 изделие 3 через отверстие 7 входит в песок 8, где его скорость гасится. Одновременно с этим стержень 3 подвергается воздействию глубоким холодом (минус 196^оС) от охлаждающей среды (смесь песка 8 с жидким азотом). После выдержки в охлаждающей среде в течение ≈ 30 мин стержень 3 извлекают и выдерживают на воздухе до приобретения им комнатной температуры.The product 3 freed from the damper 5 through the hole 7 enters the sand 8, where its speed is extinguished. At the same time, the rod 3 is exposed to deep cold (minus 196 ^about C) from the cooling medium (a mixture of sand 8 with liquid nitrogen). After exposure in the cooling medium for ≈ 30 min, the rod 3 is removed and kept in air until it acquires room temperature.

Предлагаемое устройство состоит из заряда ВВ 1 и соосно расположенной с ним камеры 2, выполненной в мерзлом грунте. Заряд ВВ 1 служит для сообщения стержню 3 давления в 200-240 килобар. В заряде ВВ 1 выполнена кумулятивная выемка в виде усеченного конуса, расширяющегося к выходу из заряда. Кумулятивная выемка служит при срабатывании заряда ВВ 1 для сообщения движения стержню 3 в осевом направлении. The proposed device consists of a charge of explosives 1 and coaxially located with him camera 2, made in frozen ground. The explosive charge 1 serves to communicate to the rod 3 pressure in 200-240 kilobars. In the explosive charge 1, a cumulative recess is made in the form of a truncated cone expanding towards the exit from the charge. The cumulative recess serves when the charge BB 1 is triggered to communicate the movement of the rod 3 in the axial direction.

Вершина кумулятивной выемки прикрыта линзой 4, служащей для обеспечения одновременного подхода ударной волны взрыва заряда ВВ 1 к поверхности стержня 3. Весь объем кумулятивной выемки заполнен демпфером 5, состоящим из воды в твердой фазе (лед). Назначение демпфера 5 состоит в передаче стержню 3 давления, а также предохранении его от непосредственного воздействия на стержень 3 продуктов детонации заряда ВВ 1. The top of the cumulative recess is covered by a lens 4, which serves to provide a simultaneous approach of the shock wave of the explosive charge BB 1 to the surface of the rod 3. The entire volume of the cumulative recess is filled with a damper 5 consisting of water in the solid phase (ice). The purpose of the damper 5 is to transmit pressure to the rod 3, as well as to protect it from directly affecting the rod 3 of the detonation products of the explosive charge 1.

В массу демпфера 5 вмещено изделие (стержень 3), имеющее вытянутую в одном направлении форму стержня, установленного по оси кумулятивной выемки. The mass of the damper 5 contains a product (rod 3), having an elongated shape in one direction of the rod installed along the axis of the cumulative recess.

Камера 2 представляет собой емкость, выполненную в мерзлом (вечномерзлом грунте). Камера 2 прикрыта сверху металлической плитой 6, имеющей отверстие 7 для прохода стержня 3 после срабатывания заряда ВВ 1. Объем камеры 2 заполнен охлаждающей средой, представляющей собой смесь жидкой и твердой фаз, имеющей температуру, примерно, минус 196^оС, например, смесью песка 8 и жидкого азота. Песок 8 служит также для гашения скорости стержня 3.Chamber 2 is a container made in frozen (permafrost). The camera 2 is covered with the top metal plate 6 having a hole 7 for the passage of the rod 3 after firing explosive charge 1. The volume of chamber 2 is filled with a cooling medium, which is a mixture of liquid and solid phases at a temperature of about -196 ^C, e.g., a mixture of sand 8 and liquid nitrogen. Sand 8 also serves to quench the speed of the rod 3.

Claims

METHOD STRENGTHENING METHOD, comprising deformation by applying pressure pulses of shock waves of an explosive charge to a product through a damper and cooling, characterized in that the product is magnetized and cooled to 196 ^° C beforehand, the explosive charge is made with a cumulative recess in the form of a truncated cone, expanding to the exit of charge, the product is placed in the recess coaxially with it, filled with water and maintained until an ice damper is formed, cooling is carried out in a mixture of dogs a and liquid nitrogen, which is placed in a container with an inlet installed in the frozen soil, the article with a charge opposite to the inlet of the container and coaxial therewith initiate an explosive charge.