Способ изготовления изделий

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ преимущественно из малопластичных металлов и сплавов, способных погло щать водород, включающий гидрирование заготовки и ее деформирование, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем увеличения разовой степени деформации и улучшения качества изделий путем исключения поглощения из атмос феры примесей деформируемой заготовкой , последнюю гидрируют до концентрации водорода, соответствующей атомному отношению-водорода к материалу заготовки 0,03-0,8, а дефорьшрование гидрированной заготовки осуществляют при 20-250 С и показателе напряженнов очаге деформации го состояния

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ЮЛ и РЕСПУБЛИН

09) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2l) 3359467/25-27 (22) 04.12.81 (46) 07.07.85. Бюл. У 25 .(72) Е. Г. Понятовский, В, Н. Ларин, В. Ф. Шишминцев, Ю. А. Аксенов и И. О..Башкин (71) Институт физики твердого тела

AH СССР, Институт физики металлов

Уральского научного центра АН СССР и Геологический институт АН СССР::; (53) 621.777.07(088.8) (56) 1. Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушение. М., "Метал лургия", 1970, с. 213, 2. Береснев Б.И., Мартынов Е. Д,, Родионов К. П., Булычов Д. К., Ряби нин Ю. Н. Пластичность и прочность твердых тел при высоких давлениях.

М., "Наука", 1970, с. 39.

3. Патент США У 2892742, кл. 148-11.5, 1959 (прототип).

4. Мюллер ф., Блэкледж Д., Либо вич Дж. Гидриды металлов. М., Атом издат, 1973, с. 115. (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ преимущественно из малопластичных металлов и сплавов,. способных поглощать водород, включающий гидрирование заготовки и ее деформирование, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности путем увеличения разовой степени деформации и улучшения качества изделий путем исключения поглощения из атмосферы примесей деформируемой заготовкой, последнюю гидрируют до концентрации водорода, соответствующей атомному отношению" водорода к материалу заготовки 0,03-0,8, а деформнрование гидрированной заготовки осуществляют при 20-250 С и показателе напряженного состояния в очаге деформации

6/т < -1, где б - среднее нормальное напряжение;

Т - интенсивность касательных напряжений.

1165525

Изобретение относится к области обработки давлением металлов и спла". вов, способных поглощать водород, и может быть использовано в процессах холодного пластического формоизмене" 5 ния изделий из этих материалов в металлообрабатывающих отраслях промышленности, Известны промьппленные способы обработки металлов давлением: прокатка,10 волочение, прессование, штамповка, а также способы, либо представляющие собой комбинации перечисленных, либо отличающиеся от них частными условиями, например применением жидко- . сти высокого давления при гидропрессовании. Современная теория обработки металлов давлением выделяет несколько характеристик, определяющих производительность всякого процесса обработки металлов давлением. Наиболее важной характеристикой является степень пластической деформации за один проход - разовая степень деформации. Для конкретных процессов обработки вместо строгой теоретической величины на практике используют частные показатели степени деформации: вытяжку для волочения и прессования - отношение площади попе- ЗО речного сечения иэделия до обработки к площади поперечногб сечения пос" ле обработки. Степень деформации, накопленная обрабатываемым материалом к моменту его разрушения, служит З мерой его пластичности A >, Йа пластичность материала наибольшее влияние оказывает напряженное состояние, возникающее в очаге деформации при обработке давлением. Основной харак- 40 теристикой напряженного состояния является показатель напряженного состояния д /Т, определяемый через следующие инварианты тензора напряжений: б - среднее нормальное или гид- 45 ростатическое напряжение, а Т - интенсивность касательных напряжений, вычисляемых однозначно для каждого конкретного процесса. Отрицательные значения означают преобладание в схем» ме напряженного состояния сжимающих напряжений, Пластичность металлов и сплавов возрастает при уменьшении показателя 0 /Т. Поэтому для повы шения производительности процессов у обработки давлением за счет увеличения разовой степени деформации уменьшают величину показателя напряженного состояния б /Т. Самые низкие значения показателя 0 /Т (до - 7) достигают согласно способам холодной обработки, дополнительно воздействуя на обрабатываемый материал в очаге деформации жидкостью, находящейся под высоким давлением jl) и (2).

Однако воэможности дальнейшего увеличения разовой степени деформации, а следовательно, и производительности путем уменьшения показателя 0 /Т ограничены, так как дальнейшее уменьшение 6 /Т приводит к резкому повышению требований к прочности обрабатывающего.инструмен" та, требует дополнительных технологических разработок и усложнения процессов (например, повышения давления рабочей жидкости более чем до 10001200 NIIa — верхнего предела давлений в промьппленных способах), резкого увеличения материалоемкости,обрабатывающего оборудования и экономических затрат, вследствие .чего уменьшение показателя G /Т становится экономиче ски нецелесообразным.

Цель изобретения- повышение производительности путем увеличения разовой степени деформации и улучшение качества изделий путем исключения поглощения из атмосферы примесей де формируемой заготовкой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления изделий деформируемую заготовку гидрируют до концентрации водорода, соответствующей атомному отношению водорода к материалу заготовки 0,030,8, а деформирование гидрированной .о заготовки осущесувляют при 20-250 С и показателе напряженного состояния в очаге деформации б /Т -1 где 6 - среднее нормальное напряжение;

Т - интенсивность касательных напряжений.

Присутствие водорода в металле

13 и P4) резко уменьшает возможную разовую степень. деформации при.холодной обработке, а порой:и сводит ее к нулю (водородная хрупкость метал лов). Поэтому перед холодным деформированием стремятся очистить металл от водорода. Однако сведения on пластичности и деформируемости гидрированных металлов и сплавов получены

3 165525 4 при величинах показателя напряженно- рон, как наличие водорода н обрабаты го состоянияб /T> -1. Проведенные наемом материале и существенное пре» ! исследования показали, что пластич обладание сжимающих напряжений в с еность гидрированных металлов нозрас- ме напряженного состояния, приводит тает с уменьшением показателя б /Т 5 к более высокой пластичност ости гидриро.гораздо быстрее, чем пластичность ванных сплавов по сравнению с негидритех же металлов, но без водорода.. ронанными, однако, в отличие от изве»

При понижении показателя напряжен- стного способа, при значительно более ного состояния до значений G/Т -1 низких температурах. пластичность гидрированного металла 1О II р и м е р 1. Осуществляют опытстановится больше, а сопротивление ное прессование жидкостью высокого деформации меньше, чем у негидриро- давления образцов гидрированного и ванного металла. Этот дефект.проян- (для сравнения) негидрированного ляется при содержании водорода в сплава ВТ. 3-1 Образцы р зцы изготавливают в сплаве «в количестве, соответствующем 15 форме усеченных конусов с меньшим атомному отношению нодорода к метал- диаметром 5 мм, большим диаметром лу Н/Ме 0,03-0,8. Нижний предел !6 мм н длиной около 120 мм. Гидрироконцентрации лежит вблизи левой гра- нание образцов осуществляют отжимом ницы двуфазной области на фаэовой образцов при 600 С в течение ч в диаграмме системы сплав-водород, 20 кварцевом реакторе, вакуумированном внутри этой области происходит вы- до !0 мм рт.ст., впуском в реактор деление гидридной фазы. При содержании расчетного количества высокочистого водорода более Н/Ме = 0,8-0,9 образцы водорода (образцы поглощают 1 большую растрескиваются еще на стадии их гид- часть водорода и течение 10 мин), риронания, что связано с положением 25 самоохлаждением реактора в течение линий равновесия на фазоных диаграф - 2 5 ч после выкл ч после выключения нагрева мах систем металл (сплав)-водород.. образцы поглощают остаток водорода

Температурные границы способа обуслов" по мере охлажде о аждения практически поллены тем, что ниже 20 С требуется ностью). Содержание водорода в обприменение криогенной техники, а вы- 30 разцах контролируют ше 250 С с н в тролируют химическим аналише С становится неблагоприятным дрированные о раэцы подвер» режим работы сред и смазок: на основе гают вакуумному отжигу при той же технических масел, которые испольэу- температуре П ре. одготовленные образцы ются для создания сжимающих напря- запрессовывают узким концом н филь ж ний с целью выполнения условия -5 еру с диамет о с диаметром отверстия 5 мм, Д/Т(-1. Внутри указанных границ эф» после чего фильеру с

° ьеру с запрессованным фект повышения пластичности и дефрр- образцом помеща о помещают в камеру высокого мируемости перечисленных материалов гидростатическог еского давления, работаювследствие гидрирования проявляется щую в интервале до 1200 МПа. В редовольно равномерно. После удаления 411 зультате повышен

/ овышения давления жидкости водорода из образцов их механические в камере происходит вцдавливание масвойства при нормальных условиях воэ- териала через филье у ильеру, при этом вывращаются к исходным значениям. . тяжка определяется как квадрат отно

На чертеже изображены зависимости шения текущего диамет а и метра исходного ,пластичности 1 титанового сплава ВТ 3-4$ образца к диаметру получаемой прово-! от показателя напряженного состоя локи. Процесс осуществляют при 220 С. ния б /Т для двух содержаний водоро» Показатель напряженного состояния да: негидриронанный сплав (светлые .d /Т в очаге деформации достигает точки) и сплав, гидрированный до атом- значения -,6,8 при обработке сплава ного отношения водорода к металлу 5д ВТ 3-1 по этой технологи п д

/ е, (черные точки). нии 1200 МПа. При обработке образцов

Приведенные зависимости получены негидрированного сплава BT 3-1 вытяжиспытаниями образцов на разрыв при ка достигает величины 4,5, когда атмосферном давлении (наибольшие давление повышается до 1200 МПа а значения д /Т) и в условиях высоких $5 для образцов того же "сплава, гидри гидростатических давлений, применян роваиного до атомного отношения во шихся с целью уменьшения неличины. дорода к металлу Н/Ме 0,1, вытяжка

Таким образом, сочетание таких факто достигает величины 7,8 при давлении.1165525

1100 МПа. Образцы в процессе обработ ки не разрушаются. Таким образом, с введением водорода в сплав ВТ 3-1 уменьшается сопротивление деформации сплава, уже при более низком давлении степень деформации гидрираванного.сплава значительно выше (на 73%), чем исходного сплава. Результаты прессования представлены в таблице.

Пример ы 2-5. Прюкеняя те же операции, осуществляют гидропрессование образцов гидрированных и (для сравнения) негидрированных ме- 15 таллов: ниобйя марки Нбн-1, ванадия марки ВнМ-1и йодидного циркония.

Степени гидрирования образцов параметры деформирования и степени деформации (вытяжки) представлены в 20 таблице.

Из таблицы видно, что при тех же условиях обработки степень деформации гидрированного материала больше, чем степень деформации материала, . 25 в который водород не.вводят. Благодаря введенному водороду вытяжка за один проход возрастает для сплава ВТ 3-1 на 73, для ниобия - на

47Х, для ванадия - на 9, для цирка- 30 ния - примерно в два раза. Признаков разрушения у деформированных образцов не обнаружено, т.е. ресурс пластичности материалов при описанных параметрах обработки исчерпан не полностью, 35 а увеличение разовой степени деформации при гидрированни обусловлено снижением сопротивления деформации металлов.

П р и M e р 6, Осуществляют гид ропрессование трубки из йодидного цир кония, гидрированного при помощи описанных операций до атомного отношения

Н/Kr 0,1 и (для сравнения) негидри- 45 рованного. Из трубчатой заготовки внешним диаметром 12 мм при толщине стенки 1 5 мм,при комнатной температуре продавливанием через фильеру эа один проход получают трубку внешним 50 диаметром 10 мм при толщине стенки

0,5 мм„ т.е. заданная величина вытяж ки составляет 3,4. Заготовка из гид рированного циркания продеформируется без разрушения после того, как давпе-g5 ние рабочей жидкости повышается до

700 МПа, а заготавку из негидрированного циркония продеформнровать не удается вплоть до 1200 МПа.

Пример ы 7-8. Проводят опытную прокатку тонкого листа титанового сплава ВТ-1-0, гидрированного до атомного отношения Н/Ме = 0,03 и негидрированного. Начальные размеры образцов выбираются так, чтобы при прокатке выполнялось условие 5 /Т < -1: высота

4 мм, ширина 60 мм, длина 30 мм. Прокатку в два прохода осуществляют на лабораторном стане "Дуо-130" со скоростью вращения валков 20 об/мин.

Усилия, действующие на валки, замеряют месдозами и записывают на осциллограф. Обжатия (отношение изменения высоты образца за проход к исходной высоте) задают по зазору между валками, задаваемая величина - ЗОХ эа проход. Прокатку проводят при 20 и о

250 С. При обеих температурах усилие на валках при прокатке гидрированного сплава на 25-40Х ниже, чем при прокатке исходного негидрированного". Деформация образцов негидрированного сплава ВТ 1-0 во втором проходе сопровождается. образованием трещин на боковой поверхности, а на гидрированных образцах визуально трещины не обнаруживаются.

При горячей обработке давлением титановых сплавов по известному спосоду получают разовые степени деформации, которые сводятся к изменению линейных размеров образцов на 65-78Х

P) . Благодаря использованию технологий с очень низким значением показателя б /T, например гидропресеования по предлагаемому способу возможно получить значительно большие разовые степени деформации, например для сплава ВТ 3-1 получена вытяжка 7,8, что означает изменение линейного размера на 680Х. Кроме того; по предлагаемому способу можно получать вееьма большие разовые степени деформации для других водородопоглощающих материалов, например ниобия, циркония, ванадия, а по известному способу эти материалы вообще не обрабатывают, Благодаря обработке давлением гидрированных заготовок по технологиям с преобладанием сжимающих напряжений в схеме напряженного состояния (показатель

Й /Т 4-1) по сравнению с известным способом возможно понижение темпера туры обработки давлением до 20-250 C

> что позволяет избежать активного взаимодействия и интенсивного загрязне-.

1200

220

4,5

220

0,1

1100

7,8

950

2 Нбн 1

4,9

220

220

0,1

7,2

950

220

3 ВнМ1

900

6,7

0,1

220

900

7,3

4 Цирконий

1,82

900

0,1

900

4,0

5 Цирконий

900

250

2,1

900

0,8

250

3,9

6 Цирконий (трубка) 0

1200

0,1

700

3,4

7 1 ния материала заготовки атмосферными газами. Благодаря введению водорода при обработке по этим способам увеличивается пдастичность и снижается сопротивление деформации материала заготовкк, вследствие чего стало возможным получать большую разовую степень деформации или требуемую величину деформации за меньшее ко личество проходов без изменения энергосиловых параметров обрабатывающего оборудования, что должно привести к.повышению производитель ности известных способов холодной. обработки давлением. Кроме того, 165525 8 предлагаемый способ позволит расширить сортамент материалов, поддающихся холодной обработке давлением.

Предлагаемый способ используется в тех случаях, когда на промежуточных стадиях получения, очистки и обработки металлов или сплавов применяется насыщение водородом, в отли1О чие от которого традиционные способы обработки давлением предполагают тщательное предварительное очищение, илй когда конечное изделие предназначается для использования s гидриро15 ванном состоянии.

)165525

Заказ 4267/15

Составитель E. Красинский

Редактор Л. Гратилла . Техред О.Ващишина . .Корректор С. Черни

Тирак 647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,. Ж-.35, .Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ун. Проектная, 4 (7