Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7080
(13) U
(46) 2011.02.28
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
C 23C 14/32
B 23K 20/00
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ ВЗРЫВОМ
(21) Номер заявки: u 20100478
(22) 2010.05.20
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт порош-
ковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Овчинников Владимир Ильич;
Шмурадко Валерий Трофимович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт по-
рошковой металлургии" (BY)
(57)
Устройство для легирования взрывом, включающее регулирующую опору; контейнер
для легирующего порошка и заряд взрывчатого вещества, отличающееся тем, что кон-
тейнер выполнен в виде полого полутороида, образуемого при вращении вокруг оси сим-
метрии линии, описываемой уравнением кубической параболы y = 0,07x3
- 0,062x2
+ 6,16,
ограниченной по высоте плоскостью на 0,3-0,5 от расстояния между вершинами контей-
нера, регулирующая опора выполнена из стальных элементов, имеющих в поперечном се-
чении форму трапеции, наименьшие основания которых являются хордами окружности,
описывающей внутреннюю поверхность регулирующей опоры, причем величина хорды
составляет 1/6-1/12 от длины окружности, а элементы регулирующей опоры скреплены
между собой попарно.
Фиг. 1
BY7080U2011.02.28

2. BY 7080 U 2011.02.28
2
(56)
1. Ноздрин В.Ф., Губенко С.И., Ушеренко C.M. Упрочнение стали 08X18H10Т дис-
персными частицами при взрывном воздействии. // Изв. вузов. Чер. металлургия. - 1991. -
№ 10. - С. 60-63.
2. Исследование динамических характеристик потока легирующих частиц от кумуля-
тивного заряда BB. Разработка взрывных устройств для создания потоков различной фор-
мы и геометрии. Отчет СКТБ "Технолог" ЛТИ. - Ленинград, 1991. - 69 с.
3. Андилевко С.К., Романов Г.С., Ушеренко С.M. Взрывной ускоритель порошковых
частиц с цилиндрической выемкой, заполненной порошком // Инженерно-физический
журнал. - Т. 61. - № 1. - 1991. - C. 46-51.
Полезная модель относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам
для легирования взрывом, и может быть использована для получения материалов с осо-
быми физическими и физико-механическими свойствами.
Известно устройство для легирования взрывом, включающее регулирующую опору,
контейнер для легирующего состава, размещенный на опоре, и обойму для заряда взрыв-
чатого вещества [1, 2].
Однако известное устройство для легирования обеспечивает получение в изделиях уп-
рочненных зон небольшого размера (диаметром до 50 мм), что ограничивает технологиче-
ские возможности процесса упрочнения.
Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому
эффекту, является устройство для легирования взрывом, включающее недеформируемую
регулируемую опору, контейнер для легирующего состава и заряд взрывчатого вещества [3].
Однако указанное устройство ограничивает технологические возможности процесса
легирования взрывом. Кроме того, при его использовании достаточно велик удельный
расход взрывчатого вещества.
Технической задачей полезной модели является расширение технологических воз-
можностей процесса упрочнения и снижение удельного расхода взрывчатого вещества.
Для достижения технической задачи в устройстве для легирования взрывом, вклю-
чающем регулирующую опору, контейнер для легирующего порошка и заряд взрывчатого
вещества (BB), контейнер выполнен в виде полого полутороида, образуемого вращением
вокруг оси симметрии линии, описываемой уравнением кубической параболы y = 0,07x3
-
0,062x2
+ 6,16, ограниченной по высоте плоскостью на 0,3-0,5 от расстояния между вер-
шинами контейнера, регулируемая опора выполнена из стальных сегментов, имеющих в
поперечном сечении форму трапеций, наименьшие основания которых являются хордами
окружности, описывающей внутреннюю поверхность регулирующей опоры, причем вели-
чина хорды составляет 1/6-1/12 от длины окружности, а элементы регулирующей опоры
скреплены между собой попарно.
При высоте кумулятивной линзы меньше 0,3 от расстояния между вершинами контей-
нера снижается износостойкость упрочняемых изделий, а при превышения значения 0,5
резко увеличивается расход порошкового легирующего материала и наблюдается повреж-
дение упрочняемых изделий.
При величине наименьшего основания стальных элементов, составляющих регули-
рующую опору, более 1/6 от длины окружности, описывающей ее внутреннюю поверх-
ность, снижается срок службы регулирующей опоры, а при величине менее 1/12
возрастает трудоемкость изготовления опоры и наблюдается пластическая деформация
составляющих ее элементов, что ухудшает процесс легирования.
На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, которое состоит из электродетонатора 1,
соединенного с отрезками детонирующего шнура 2, заряда BB 3 контейнера 4 для леги-
рующего порошка 5, установленного на плоском основании 6, регулирующей опоры 7,

3. BY 7080 U 2011.02.28
3
которая обеспечивает заданное расстояние между контейнером 4 и упрочняемыми изде-
лиями 8.
На фиг. 2 представлено продольное сечение регулирующей опоры, которая выполнена
из стальных элементов (фиг. 3), имеющих в поперечном сечении форму трапеции, наи-
меньшее основание которой является хордой окружности, описывающей внутреннюю по-
верхность регулирующей опоры, причем величина хорды составляет 1/6-1/12 от длины
окружности, а элементы опоры скреплены между собой попарно.
На фиг. 4 показан контейнер, который имеет в продольном сечении две полости и
форму, образуемую при вращении вокруг оси симметрии линии, описываемой уравнением
кубической параболы y = 0,07x3
- 0,062x2
+ 6,16, ограниченной по высоте плоскостью на
0,3-0,5 от расстояния между вершинами контейнера.
Устройство работает следующим образом.
При подрыве детонатора 1 срабатывает заряд взрывчатого вещества 3, происходит
концентрация энергии на выпуклой части герметичного контейнера 4. Стенки контейнера
сжимают легирующий порошок 5, который под действием импульса давления переходит в
кумулятивную струю. Высокоскоростная струя легирующего порошка 5, воздействуя на
изделия 8, упрочняет их за счет объемного легирования и ударно-волновой перестройки
структуры.
При заданной форме контейнера 4 формируемый поток легирующего порошка в попе-
речном сечении имеет форму кольца, подобно нижнему сечению основания полутороида.
В обрабатываемом изделии 8 возникает упрочненная зона аналогичной формы. Плоское
основание 6 позволяет размещать легирующий порошок 5 над обрабатываемыми изде-
лиями 8. Элементы регулирующей опоры 7 в процессе движения высокоскоростной струи
воспринимают динамическую нагрузку и обеспечивают начальный момент регулировки
оптимального расстояния между контейнером 4 с легирующим порошком 5 и упрочняе-
мым изделием 8.
Пример.
Легирующий порошок Cr3C2 помещали в алюминиевый контейнер, форма которого в
продольном сечении описывается уравнением кубической параболы.
Снизу помещали алюминиевую пластину толщиной 1 мм. Стыки герметизировали с
помощью пластилина, вверху размещали заряд взрывчатого вещества. Собранный опи-
санным способом кумулятивный заряд устанавливали соосно на регулирующей опоре,
представляющей собой соединенные попарно винтами стальные элементы, имеющие в
сечении вид трапеции. В качестве упрочняемых изделий использовали листы из стали
ХВГ толщиной 60 мм и размерами 350x350 мм. Поверхность обработанных изделий за-
чищали до удаления микрократеров (снимали слой толщиной ~ 0,5 мм) и из упрочненной
зоны вырезали образцы размерами 10x10x60 мм, которые термообрабатывали по стан-
дартному для стали ХВГ режиму (закалка в масле с температурой 830±10 °С, отпуск при
150±10 °С), после чего испытывали на износостойкость при трении об абразивный диск,
причем истирание осуществляли со стороны упрочненного торца. Одновременно испыты-
вали образцы, упрочненные с использованием устройства, аналогичного прототипу. При
этом заряд BB составлял 200 г, образцы, режим термообработки и условия испытаний бы-
ли такие же, как в случае применения предлагаемого устройства. Результаты, полученные
при испытаниях, представлены в таблице.
Упрочненные зоны в изделиях, обработанных с использованием предлагаемого уст-
ройства, имеют кольцевую форму. Наружный диаметр зоны равен 175 мм, а внутренний -
55 мм. Площадь упрочненной поверхности превышает аналогичную характеристику при
обработке с использованием устройства прототипа в 6 и более раз. Количество взрывчато-
го вещества, используемого для формирования потока порошка, в расчете на единицу уп-
рочняемой поверхности, ниже в 1,8 раза по сравнению с прототипом. Предлагаемое
устройство может быть использовано для упрочнения крупногабаритных изделий слож-

4. BY 7080 U 2011.02.28
4
ной формы, например долбяков и шестерен, что расширяет технологические возможности
процесса упрочнения.
Как видно из данных, приведенных в таблице, техническая задача достигается в случае,
если высота контейнера для порошка составляет 0,3-0,5 от расстояния между вершинами
контейнера, а наименьшие основания элементов регулирующей опоры являются хордами
окружности, описывающей внутреннюю поверхность, причем хорды составляют 1/6-1/12
от длины окружности и элементы регулирующей опоры скреплены между собой попарно
(примеры 2-4, 7, 8 таблицы). При этом по сравнению с прототипом увеличивается износо-
стойкость упрочняемых изделий на 12-19 %, увеличивается площадь единовременно уп-
рочняемой поверхности в 6 раз, снижается расход взрывчатого вещества на единицу
упрочняемой поверхности в 1,8 раза.
№
об-
раз-
ца
Отношение
высоты кон-
тейнера
к расстоянию
между его
вершинами
Отношение длины наименьшего
основания в поперечном сечении
элементов регулирующей опоры
к длине окружности, описывающей
внутреннюю поверхность регули-
рующей опоры
Относительная
износостой-
кость упроч-
ненных
образцов
Примечание
1 0,2 1/8 0,90 -
2 0,3 1/8 1,12 -
3 0,4 1/8 1,18 -
4 0,5 1/8 1,19 -
5 0,6 1/8 -
Изделия рас-
трескались
6 0,4 1/5 1,0
Снижается
срок службы
регулирующей
опоры
в 2,2 раза
7 0,4 1/6 1,16 -
8 0,4 1/12 1,18 -
9 0,4 1/13 0,92
Опора растрес-
кивается после
2-х подрывов
10 - - 1,0 прототип
Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом (он же базовый
объект) обеспечивает технико-экономические преимущества:
позволяет единовременно создавать в стальных заготовках упрочненные зоны кольце-
вой формы, то есть расширяет технологические возможности, так как обеспечивает обра-
ботку деталей типа долбяков и шестерен;
увеличивает единовременно упрочняемую поверхность в 6 раз;
уменьшает расход взрывчатого вещества на единицу упрочняемой поверхности в 1,8 раза.

5. BY 7080 U 2011.02.28
5
Фиг. 2 Фиг. 3
Фиг. 4
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.