способ высокотемпературного отжига заготовки ствольной коробки

Формула изобретения

1. Способ высокотемпературного отжига заготовки ствольной коробки из мартенситно-стареющей стали, отличающийся тем, что нагревают заготовку в застойном аргоне выше температуры перехода альфа-фазы в гамма-фазу на 35-55°C до температуры 760-780°C со скоростью 25-30°С в минуту, осуществляют выдержку в течение 35-40 минут и затем охлаждение заготовки в проточном аргоне со скоростью, не превышающей 25°C в минуту.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала заготовки используют мартенситно-стареющую сталь 03Х11Н10М2Т.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу термообработки заготовки ствольной коробки стрелкового оружия, в частности ствольной коробки для высокоточных карабинов или снайперских винтовок.

Известна технология изготовления ствольной коробки стрелкового оружия по патенту EP 0130253 А2, 09.01.1985, выбранная в качестве аналога и включающая различные этапы технологического процесса, кроме упоминания о термообработке. Недостатки аналога заключаются в том, что в описании к указанному патенту нет упоминания о важной с точки зрения изготовления ствольных коробок операции по термообработке, в частности операции отжига, влияющей на структуру металла.

Известна технология изготовления ствольной коробки по патенту US 2011/0099868 A1, 05.05.2011, выбранная в качестве прототипа и включающая этап термообработки в ходе технологического процесса. Недостатки прототипа заключаются в том, что этап термообработки упоминается в описании только в качестве наименования операции без указания наиболее важных значений и параметров термообработки, влияющих на параметры ствольной коробки при изготовлении и эксплуатации.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности стрелкового оружия в процессе стрельбы, в том числе в критической ситуации, благодаря стабилизации структуры металла ствольной коробки и релаксации (снижения) остаточных напряжений. Кроме этого, изобретение направлено на обеспечение однородности металла и химического состава и уменьшение остаточных напряжений в поверхностном слое отверстия заготовки после электроэрозионной обработки.

Технический результат достигается тем, что способ высокотемпературного отжига заготовки ствольной коробки, изготовленной из мартенситно-стареющей стали, заключается в нагреве заготовки в застойном аргоне выше температуры перехода альфа-фазы в гамма-фазу на 35-55°C до температуры не ниже 760-780°C со скоростью 25-30°C в минуту, выдержке в течение 35-40 минут и затем охлаждении в проточном аргоне со скоростью, не превышающей 25°C в минуту.

Приемлемым способом для стабилизации структуры и релаксации (снижения) остаточных напряжений является высокотемпературный отжиг металла ствольной коробки. Способ позволяет обеспечить однородность структуры и химического состава в зоне прожигания путем диффузионных процессов и релаксации (снижения) напряжений.

Предварительно в заготовке ствольной коробки стрелкового оружия прожигают отверстие посредством операции электроэрозионной обработки диаметром 17,9 мм с допуском +0,05 мм, длину заготовки выбирают равной 210 мм и проводят последующий температурный отжиг следующим образом. Заготовку в виде прутка с отверстием после прожигания устанавливают в печи в вертикальном положении. Застойная среда - аргон. Избыточное давление застойного аргона 0,1 атм, температура нагрева не ниже 760-780°C. Нагрев щадящий со скоростью не более 20-30°C в минуту. Заготовка нагревается вместе с печью с целью предотвращения коробления заготовки. При достижении указанной температуры осуществляется выдержка в течение 30-40 минут. По окончании выдержки осуществляют охлаждение заготовки в аргоне (на проток) со скоростью охлаждения 25-30°C в минуту. При температуре 70-80°C заготовку извлекают из объема печи и производят дальнейшую обработку, предусмотренную технологическим процессом. Щадящий нагрев и умеренное охлаждение позволяют исключить коробление заготовки, получить однородность и стабильность структуры, а также снять остаточные напряжения в поверхностном слое металла, появляющиеся при прожигании отверстия электроэрозионным способом. Причина появления неоднородности в зоне прожигания, а также остаточных напряжений обусловлена тем, что тепловое воздействие в зоне снятия металла при прожигании способствует системному кратковременному переходу (альфа)-фазы в (гамма)-фазу при температуре свыше 720°C и дальнейшему переходу в мартенсит при охлаждении в местах с уже выполненным отверстием. Кроме того, в процессе прожигания в образующейся поверхностной прослойке в отверстии толщиной 30-40 мкм появляется карбидная фаза, Cr₂₃C₆, представляющая собой хрупкое соединение хрома с углеродом. Помимо этого, здесь происходит изменение химического состава с обогащением хромом и углеродом в связи с их большим сродством друг к другу. Появление карбидной фазы и обогащение этой прослойки хромом и углеродом ведет к появлению в ней внутренних напряжений. Причиной тому является существенная разность размеров решеток ( -) альфа-железа и решетки карбида хрома (у карбида она существенно больше), а также увеличение параметра решетки объемно-центрированного куба ( -) альфа-железа при замене в ней атома железа атомом хрома, так как такая замена связана с энергетическим состоянием металла, а атомный радиус хрома несколько больше атомного радиуса железа. В то же время на границе с этой прослойкой происходит обеднение металла этими же элементами, что вызывает появление здесь зональной ликвации металла с менее прочными связями между атомами, расположенными в различных по типу решетках структуры. Появившиеся изменения в структуре поверхностного слоя резко влияют на работоспособность ствольной коробки и снижают надежность винтовки в целом, поскольку винтовка работает в динамических условиях. Поэтому от ствольной коробки требуется не только соосность со стволом винтовки, но и отсутствие появления в ней каких-либо неровностей на поверхности отверстия, а в металле внутренних напряжений. В противном случае появление неровностей будет тормозить движение затвора (сопряженной детали) в отверстии ствольной коробки, а напряжение может вызывать появление неровностей. Следует отметить, что причиной появления неровностей на поверхности отверстий и остаточных напряжений, как указывалось выше, являются разные по величине решетки карбидной (альфа)- и (гамма)-фаз. Все три вида решеток имеют разные параметры, причем самая большая у карбида хрома. Кроме того, чистовая обработка отверстия после прожигания не предусмотрена технологическим процессом.

Таким образом, нагрев до температуры 760-780°C позволяет растворить карбидную фазу и выровнять химический состав металла благодаря процессам диффузии. Следует здесь отметить, что нагрев свыше 800°C невозможен, так как появится карбидная фаза (высокотемпературная) Cr₇C₃ и ее растворение возможно лишь при температуре выше 1050°C.

Ниже приведен пример осуществления предложенного способа.

Заготовка с отверстием, выполненным путем прожигания электроэрозионным методом. Материал заготовки - сталь мартенситно-стареющего класса 03Х11Н10М2Т. Заготовка размещается в печи сопротивления в подвешенном (вертикально) положении. Нагрев осуществляется в инертной среде - застойный аргон. Давление в объеме печи - 0,1 атм. Скорость нагрева составляет 25°C в минуту. При достижении температуры не ниже 760-780°C осуществляют выдержку в течение 35-40 минут. После окончания выдержки деталь охлаждают со скоростью 25-30°C в минуту до температуры 70-80°C. Охлаждение осуществляют в протоке аргона. При температуре 75°C деталь вынимают из печи и отправляют на дальнейшую обработку в соответствии с технологическим процессом.