Способ получения длинномерных заготовок с мелкозернистой структурой

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для упрочнения металла в процессе обработки. Обеспечивают интенсивную объемную деформацию в материале заготовки путем последовательного осуществления продольной прокатки, кручения и формообразования заготовки в формообразующих валках. В результате обеспечивается получение готовых изделий с мелкозернистой структурой, в том числе с нанокристаллической структурой. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам получения заготовок с заданными физико-механическими свойствами и структурой металла. Способ может быть использован для получения длинномерных заготовок и готовых изделий из титана или других металлов с формированием в них мелкозернистой структуры, в том числе субмикрокристаллической и нанокристаллической.

Известен способ получения заготовок с мелкозернистой структурой, включающий пластическое деформирование заготовки в заданных термомеханических условиях прессованием в инструменте, имеющем контейнер, пуансоны и расположенный в канале контейнера профилирующий инструмент с полостью, который обеспечивает направление течения металла заготовки и образует зону интенсивной пластической деформации. Перед введением заготовки в зону интенсивной пластической деформации в ней создают объемно-напряженное состояние всестороннего сжатия путем воздействия пуансоном и подпора через объем порошкового материала, которым заполняют полость профилирующего инструмента, а при создании интенсивной пластической деформации осуществляют вращение инструмента или его части [Патент РФ №2277992, МПК B21J 5/00, В21С 23/04, C22F 1/00, 2006.06.20].

Обработка длинномерных (по несколько метров длиной) заготовок по данному способу невозможна, так как длина заготовок ограничена пуансонами, и, кроме того, с увеличением длины заготовки растет площадь контакта ее с инструментом, что приводит к возрастанию сил трения, для преодоления которых требуются более мощные прессы. По вышеназванным причинам, а также в связи с тем, что процесс обработки не является непрерывным, имеет место невысокая скорость обработки заготовок и, соответственно, низкая производительность. В известном способе также не предусматривается получение готовых изделий.

Известен способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, включающий винтовое прессование и равноканальное угловое прессование, в котором деформацию заготовок осуществляют в следующей последовательности: деформация, кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование. Для снятия внутренних напряжений заготовку дополнительно подвергают низкотемпературному отжигу [Патент РФ №2240197, МПК B21J 5/00, C22F 1/18, В21С 25/00 2004.11.20].

Как и в предыдущих аналогах, способ не годится для обработки длинномерных заготовок, обладает низкой производительностью, так как процесс обработки не является непрерывным, позволяет получать полуфабрикаты, а не готовые изделия.

Наиболее близким к предложенному является способ получения заготовок с мелкозернистой структурой [Патент РФ №2191652, МПК В21J 5/00, 04.04.2001], где пластическую деформацию заготовки осуществляют прессованием в контейнере через установленный в его канале прессования профилирующий инструмент, который направляет течение металла и создает совмещенную схему интенсивной пластической деформации: кручение-осадка-сдвиг без нарушения сплошности заготовки.

Недостатком известного способа является невозможность получения длинномерных заготовок и низкая производительность обработки.

Задачей изобретения является получение заготовок и готовых изделий неограниченной длины из титана или других металлов с мелкозернистой, в том числе с субмикрокристаллической и нанокристаллической, структурой, обладающих высокими прочностными свойствами, а также повышение производительности процесса.

Поставленная задача решается способом получения длинномерных заготовок с мелкозернистой структурой, включающим обеспечение интенсивной объемной деформации в материале заготовки, в котором в отличие от прототипа интенсивную объемную деформацию обеспечивают путем последовательного осуществления продольной прокатки кручения и формообразования заготовки в формообразующих валках.

Для достижения более высоких степеней деформации производят предварительный нагрев заготовки до температуры, не превышающей 0,3 температуры плавления металла.

С целью снятия внутренних напряжений заготовку после формообразования подвергают низкотемпературному отжигу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок. На схеме обозначено: заготовка 1, подающие валки 2, матрица с винтовым каналом 3, формующие валки 4.

Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок осуществляют следующим образом. В начале заготовка 1 прокатывается подающими валками 2, где получает деформацию в продольном направлении, затем поступает в матрицу с винтовым каналом 3, где осуществляется деформация кручением. Из винтового канала заготовку подают в формообразующие валки 4, в результате обработки которыми происходит образование заготовки или готового изделия с заданным профилем. В результате предложенного способа обработки обеспечивается интенсивная пластическая деформация, приводящая к формированию ультрамелкозернистой структуры металла. Усилие подпора, необходимое для достижения более высоких степеней деформации, осуществляется за счет разности скоростей истечения металла в процессе продольной прокатки валками и в винтовом канале матрицы. Площадь контакта заготовки с инструментом незначительная (подающие и формообразующие валки и винтовой канал), что ведет к уменьшению сил трения, действующих на заготовку, более высокой скорости обработки по сравнению с аналогами, а следовательно, и к более высокой производительности процесса.

Пример реализации способа.

Брали исходную горячекованую заготовку из технически чистого титана марки ВТ1-0 в виде прутка диаметром 25 мм и длиной 1000 мм. Пруток подвергали обработке по описанному способу при температуре 20°С, в результате чего была достигнута степень деформации е=9.

После обработки заготовку подвергли низкотемпературному отжигу.

После осуществили контроль параметров и механических свойств.

Усредненные результаты механических испытаний по трем образцам сведены в таблице. Для сравнения приведены данные после обработки винтовым прессованием с равноканальным угловым прессованием (РКУ).

Состояние образцов	Направление вырезки образцов	σв, МПа	σ0,2, МПа	δ, %
Винтовое прессование+РКУ (3 прохода)	Вдоль	8.11	730	30
Поперек	817	737	28
Прокатка+винтовое прессование+формообразование	Вдоль	820	743	27
Поперек	825	747	25
где σв - предел прочности на разрыв; σ0,2 - условный предел текучести на разрыв; δ - относительное удлинение после разрыва.

При меньшем количестве проходов прочность готового изделия по предложенному способу выше, чем у прототипа.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет получать заготовки или изделия готового профиля практически неограниченной длины, обладающие высокими прочностными свойствами. Обеспечивается высокая производительность процесса ввиду его непрерывности и высокой скорости и, кроме того, снижается стоимость обработки, так как в изобретении не используется дорогостоящее прессовое оборудование, применяемое обычно в устройствах для обработки металлов и сплавов.

1. Способ получения длинномерных заготовок с мелкозернистой структурой, включающий обеспечение интенсивной объемной деформации в материале заготовки, отличающийся тем, что интенсивную объемную деформацию обеспечивают путем последовательного осуществления продольной прокатки, кручения и формообразования заготовки в формообразующих валках.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят предварительный нагрев заготовки до температуры, не превышающей 0,3 температуры плавления металла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют снятие внутренних напряжений материала заготовки путем низкотемпературного отжига, который производят после формообразования.