СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ЦАНГ ИЗ БЕРИЛЛИЕВОЙ БРОНЗЫ
METHOD FOR PRODUCING COLLET TYPE PARTS FROM BERYLLIUM BRONZE

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления и термической обработки преимущественно мелкоразмерных деталей типа цанг, различных контактов и разъёмов из бериллиевой бронзы БрБ2, входящих в состав коаксиально-волноводного перехода, преимущественно в космической отрасли, также может найти применение в электротехнике и приборостроении.
Известен способ термической обработки деталей из бериллиевой бронзы БрБ2, охлаждаемых в водно-солевом растворе с хлорсодержащими присадками (патент RU №2530675 С1 от 02.08.2013) различной толщины и конфигурации, включающий их нагрев на стальных поддонах в электрической печи с открытыми нагревателями до температуры 300-320°C с последующим выдерживанием в течение 2 часов при этой же температуре и дальнейшее охлаждение, причем для удаления с поверхностей деталей образующейся в результате нагрева пленки окислов углерода, а также для улучшения качества гальванической обработки деталей перед покрытием серебром охлаждение производят в водно-солевом растворе, представляющем собой смесь 3-7%-ного водного раствора хлористого натрия и 0,5-1%-ного водного раствора соляной кислоты, взятых в соотношении 1:1, при этом водно-солевой раствор предварительно подвергают магнитной обработке, пропуская его со скоростью 8-10 л/мин через ряд чередующихся постоянных магнитов выпуклой и вогнутой формы, создающих магнитное поле напряженностью 950-1000 Э.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что способ не исключает окисление поверхности деталей после термической обработки. Требуется последующее трудоемкое удаление пленки окислов с поверхности детали, наличие которой не допускается, т.к. в дальнейшем детали подвергаются гальванической обработке с нанесением серебряного покрытия.
Известен способ циклического старения бериллиевой бронзы (патент SU №1412356 А1 от 26.05.1986), включающий три цикла двухступенчатого старения при постоянной температуре первой ступени с временем задержки 0,3-0,5 ч и увеличивающейся от цикла к циклу температуры второй ступени с временем выдержки 1,0-1,1 ч. С целью повышения упругих свойств и улучшения стабильности размеров, после каждого цикла старения проводят охлаждение с печью, после первого и второго циклов - механическую обработку, первую ступень каждого цикла осуществляют при 250±10°С, а вторую ступень третьего цикла при 330±10°С.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что способ имеет длительный процесс термической обработки, имеет возможность возникновения термических напряжений. Удлиняется цикл изготовления деталей за счет охлаждения деталей с печью после каждого цикла старения. Также способ не исключает внутренние напряжения в деталях со ступенчатой конфигурацией и с высоким требованием по соосности, так как количество циклов ограниченно.
Наиболее близким к заявленному изобретению (прототипом), является способ изготовления металлических уплотнительных элементов для разъёмных соединений (патент RU №2168084 С2), включающий выполнение кольцевых заготовок, их термическую обработку и формирование уплотнительных элементов. Заготовки выполняют из бериллиевой бронзы осадкой исходного материала, вырубкой центрального отверстия и раскаткой сначала на оправке, а затем на раскатной машине, причем осадку и раскатку на оправке осуществляют на предварительно подогретом инструменте поэтапно при температурах, обеспечивающих достижение на каждом этапе деформации в пределах 30-50%, а раскатку на раскатной машине проводят при нагреве заготовок, обеспечивающим достижение требуемых размеров, с последующим их охлаждением в воде. Полученные заготовки в процессе термической обработки подвергают отжигу при 400±10°С, закалке с 790±10° и старению при 400±10°С.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что способ предназначен только для изготовления кольцевых заготовок с применением оправки. Также способ не исключает внутренние напряжения в цилиндрических деталях со ступенчатой конфигурацией и с высоким требованием по соосности, так как используется кольцевая заготовка.
Для заявленного способа выявлены основные общие с прототипом существенные признаки: способ термической обработки деталей из бериллиевой бронзы, включающий выполнение заготовок из бериллиевой бронзы, их закалку до 790±10°С и старение.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в улучшении стабильности размеров деталей с исключением внутренних напряжений и с учетом высоких требований по соосности мелкоразмерных деталей типа цанг, за счет использования заготовки из бериллиевой бронзы.
Поставленная техническая проблема предлагаемого изобретения решается за счет способа изготовления деталей типа цанг из бериллиевой бронзы, включающего выполнение заготовок из бериллиевой бронзы, их закалку до 790±10°С и старение. Способ отличается от прототипа тем, что заготовку выполняют из заготовки получаемой методом ковки, при закаливании выдерживают 15 минут и охлаждают в воде. Старение заготовок осуществляют при температуре 250±10°С, выдерживают 30 минут и охлаждают на воздухе до температуры помещения, при этом окончательную механическую обработку заготовок выполняют после предварительной механической обработки и термической обработки при 110°С с выдержкой 1 час в свободном состоянии. При этом после изготовления в заготовках пазов в зоне лепестков можно использовать дисперсионное старение, которое проводят в вакуумной печи с остаточным давлением 1×10-1…1×10-2 мм рт.ст., прогревают до температуры 310±10°С в течение 90-100 минут, выдерживают 120-150 минут и охлаждают в печи до 150-200°С, после выгружают из печи и охлаждают на воздухе. Причем дисперсионное старение заготовок можно выполнять в фиксирующем приспособлении. Окончательную механическую обработку заготовок проводят после ряда циклов предварительных механических обработок с промежуточной термической обработкой при 110°С с выдержкой 1 час в свободном состоянии. При этом дисперсионное старение и последующую термическую обработку при температуре 110°С с выдержкой 1 час можно проводить в фиксирующем приспособлении перед окончательной механической обработкой.
Способ проиллюстрирован изображениями:
- на фиг. 1 показан изготовленный паз в зоне лепестков изготовленный в заготовке бериллиевой бронзы и фиксирующее приспособление;
- на фиг. 2 показана мелкоразмерная деталь типа цанги.
Способ изготовления деталей типа цанг из бериллиевой бронзы осуществляется следующим образом.
Заготовку 1 из бериллиевой бронзы нагревают в течение 40 минут в электрической печи при температуре 760°С, с последующей выгрузкой и свободной ковкой с протяжкой. Полученную заготовку из бериллиевой бронзы охлаждают на воздухе до температуры помещения.
Для достижения твердости 195-220 HV заготовку 1, полученную методом ковки, закаливают до 790±10°С с выдержкой 15 минут, охлаждают в воде, с последующим старением при температуре 250±10°С, выдержкой 30 минут и охлаждением на воздухе до температуры помещения.
До окончательной механической обработки заготовку 1 из бериллиевой бронзы, полученной методом ковки подвиргают ряду циклов предварительной механической обработки и промежуточной термической обработкой, к примеру, уменьшают диаметр заготовки 1, с промежуточной термической обработкой при температуре 110°С, выдержкой 1 час в свободном состоянии. Колличество циклов обработки варьируется в зависимости от технического задания на получение стабильных размеров заготовки 1.
Также возможен вариант применения механической обработки заготовок 1 после дисперсионного старения и термической обработки в фиксирующем приспособлении 3.
-1
-2
При этом до окончательной механической обработки в заготовке 1 из бериллиевой бронзы, полученной методом ковки изготовливают пазы в зоне лепестков 2. Зона лепестков 2 представляет собой специальные пропилы, которые обеспечивают зажим и стыковку с ответной частью, например, кабельный штырь. Для получения упругих свойств проводят дисперсионное старение всей заготовки 1 в вакуумной печи, с остаточным давлением 1×10…1×10 мм рт.ст. и прогревают до температуры 310±10°С в течении 90-100 минут, выдерживают 120-150 минут и охлаждают в печи до 150-200°С, после выгружают из печи и охлаждают на воздухе.
Для исключения влияния внутренних напряжений заготовку 1 из бериллиевой бронзы, полученной методом ковки, помещают в фиксирующее приспособление 3, к примеру, состоящую из трех пластин, внутрь которых помещается заготовка 1 из бериллиевой бронзы, соединеных между собой болтовым соединением и проводят дисперсионное старение заготовки 1 в вакуумной печи, описанное ранее.
Также для исключения возможных внутренних напряжений заготовку 1 из бериллиевой бронзы, полученной методом ковки, после дисперсионного старения не вынимая из фиксирующего приспособления 3 подвергают термической обработке при 110°С и выдержкой 1 час.
В таблице 1 показаны режимы изготовления деталей типа цанг из бериллиевой бронзы.
Технология получения заготовок 1 с последующей закалкой, дисперсионным старением и термической обработкой приводит к получению стабильности размеров с учетом высоких требований по соосности мелкоразмерных деталей типа цанг 4.
Металлографические исследования показали однородную и равномерную структуру бронзы марки БрБ2 и отсутствие каких-либо дефектов.
2
2
Испытания механических свойств показали, что кратковременная прочность металла составила более 100 кгс/мм, относительное удлинение - более 6%, относительное сужение - более 11% и ударная вязкость на образцах с острым надрезом - более 1,2 кгм/см.
Сформированные из заготовок уплотнительные элементы прошли испытания в экстремальных условиях в атмосфере кислорода без возгорания и разрушения в температурном интервале - от криогенных до +300°C.
Таким образом, техническим результатом изобретения является улучшение стабильности размеров с учетом высоких требований по соосности мелкоразмерных деталей типа цанг за счет использования заготовки бериллиевой бронзы. При изготовлении заготовки из бериллиевой бронзы меняется структура материала, исключая внутренние напряжения в получаемой заготовке. Также дисперсионное старение исключает образование окисной пленки на деталях из бериллиевой бронзы после старения, т.к. дисперсионное старение деталей из заготовки бериллиевой бронзы осуществляется в вакуумной печи в бескислородной атмосфере и сокращает временной цикл обработки. Окончательная механическая обработка проводится после дисперсионного старения в фиксирующем приспособлении, позволяя избежать влияние внутренних напряжений, возникающих при получении упругих деформаций в зоне лепестков.