Способ термомеханической обработки чистых металлов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термомеханической обработки чистых металлов, и может быть использовано в самолетостроении, теплоэнергетике и других отраслях промышленности. Способ позволяет повысить прочностные свойства металлов за счет снижения эффекта Баушингера. Способ включает закалку, деформацию закаленных образцов при 77 К и старение. Деформацию закаленных образцов в пластической области осуществляют с остаточной деформацией 1,8-2,0%, а старение производят под напряжением σ_H=(0,3-0,9)σ_0,2 при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации для обрабатываемых металлов. 1 табл.

 

Изобретение относится к способам улучшения механических свойств и увеличения долговечности чистых металлов и изделий из них и может быть использовано в самолетостроении, теплоэнергетике и других отраслях промышленности.

Известно, что закалка от высоких температур способствует образованию в объеме металлов сверхравновесного состояния из точечных дефектов (в основном, вакансий) и их комплексов. Образовавшаяся структура способствует повышению некоторых механических параметров. Однако последующее повышение температуры не только ускоряет процесс отжига и образования новой дефектной структуры, но заметно улучшает некоторые физико-механические свойства металлов. Работы Кауфмана и Келера [1] и последующие исследования [2, 3] установили, что скорость отжига сверхравновесных точечных дефектов, введенных закалкой, увеличивается пластической деформацией, которая позволяет увеличить число стоков для вакансий [4]. Увеличение плотности стоков является основной причиной не только увеличения скорости отжига, но и повышения механических параметров. Однако при знакопеременном нагружении эти характеристики заметно уменьшаются за счет влияния эффекта Баушингера [5…14].

Были предложены и методы подавления или уменьшения влияния эффекта Баушингера на прочностные свойства металлов и сплавов [15…24].

Наиболее близким к заявляемому является способ термомеханической обработки чистых металлов, таких как алюминий, медь, никель, молибден и др. [24], включающий:

- закалку при температуре на 10-100°С ниже температуры плавления с последующим охлаждением в воде или в масле при 273 К;

- последующую пластическую деформацию при температуре 77 К с остаточной величиной деформации 0,3-0,6%;

- старение при температуре 300-700 К.

В частности, никель согласно этому способу, закалялся от 1370 К в масле, деформация осуществлялась при 77 К с величиной остаточной деформации, не превышающей 0,5%, и старение производилось при 400 К. Недостатком указанного способа является малоэффективное использование вакансионных дефектов и их комплексов, полученных закалкой от высоких температур из-за низкой плотности дислокаций, образованных в процессе деформации с остаточной величиной 0,3-0,6%.

Исходя из вышеизложенного задачей предлагаемого изобретения является снижение эффекта Баушингера на прочностные свойства чистых металлов.

Техническим результатом является увеличение не только концентрации вакансий и вакансионных комплексов, но и плотности дислокаций.

Задача решается за счет изменения величины остаточной деформации до 1,8-2,0% и проведения последующего старения под напряжением σ_Н=(0,3-0,9)σ_0,2 при температуре 300÷700 К, но не превышающей температуры рекристаллизации исследуемого металла.

Предлагаемый способ отличается следующими признаками:

- осуществление после закалки от предплавильных температур деформации в пластической области с остаточной величиной в пределах 1,8-2,0%,

- проведение старения под напряжением σН=(0,3-0,9)σ_0,2 при температуре 300÷700 К, но не превышающей температуры рекристаллизации металла.

Новизна подтверждается тем, что в уровне техники не обнаружены технические решения с предложенной совокупностью признаков.

Изобретательский уровень подтверждается тем, что впервые установлено влияние деформационного старения под напряжением на величину подавления эффекта Баушингера.

Промышленная применимость подтверждается результатами исследований, проведенных на образцах никеля марки Н0. В качестве примера приведены результаты обработки трех партий никеля марки Н0. Образцы в виде пластины 3×0,7 мм вырезали из полосы вдоль проката, подвергали отжигу в печи при температуре 1373 К в вакууме 10^-3 мм рт.ст. в течение 120 минут. Отожженные образцы были разделены на три равномерные партии.

К первой партии были отнесены отожженные образцы.

Образцы второй партии подвергали дополнительной закалке от 1373 К в воду.

Образцы третьей партии сначала, как и во второй партии, закаляли от 1373 К в воду, затем деформировали при 77 К с остаточной величиной деформации в пределах 1,8-2,0% и подвергали старению под нагрузкой σ_H=0,5σ_0,2 при 400 К.

Обработанные образцы подвергали знакопеременному нагружению с радиусом обжатия 35 мм при комнатной температуре и разрывали при 77 К. Сравнительные результаты исследования никеля трех партий представлены в таблице.

Как видно из примеров, приведенных в таблице, на образцы третьей партии, обработанные по предложенному способу, влияние эффекта Баушингера на предел текучести существенно ниже.

Источники информации

1. Kauffman J.W., Koehler J.S. Phys. Rev., 97, 555 (1955).

2. Bauerle J.E., Koehler J.S. Phys. Rev., 107, 1994 (1957).

3. Meshii M., Kauffman J.W. Acta Met., 8, 815, (1960).

4. Kuhlmann-Wilsdorf D., Maddin R., Wilsdorf H.D.F. «Strengthening Mechanismus in Solids» (Am. Soc. Metals, 1962).

5. Masing G., Wess. Ver. Siemens Konzein, 3, 231, 1924; 5, 135, 142, 1926.

6. Wooley R.W. Phil. Mag, 44, 597, 1953.

7. Wood W., Smiyh S. Proc. Roy. Coc. A., 182, 991, 1944.

8. Ровинский Б.М. ЖТФ, 18, 1273, 1948.

9. Васильев Д.М. ФТТ, 1, 1736, 1959.

10. Newten С.Т. «T.Res. Nat. Bur.Standards», C65, 4, 265, 1961.

11. Коттрелл A.X. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. - М.: Металлургиздат, 1958.

12. Mott N.F. Phil. Mag. 43, (VII), №346, 1151, 1952.

13. Ровинский Б.М., Рыбакова Л.М. ФММ, 29, 1081, 1970.

14.Башмаков В.Н., Неклюдов И.М., Яковенко Н.Г. ФММ, т.31, вып.2, 1971.

15. Faniche W., Stalte Е., Kugler Т. «Techn. Mitt. Krupp», 23, 117, 1965.

16. Гиндин И.А., Бобонец И.И., Неклюдов И.М., Украинский физический журнал, 12, №17, 1192, 1967.

17. Гиндин И.А., Лапиашвили Э.С., Наскидашвили И.А., Неклюдов И.М. Проблемы прочности, №8, 1972, с.118-120.

18. Saks G., Shoji Н. Zeitschr. Fur Physik, 45, 776, 1927.

19.Грачев С.В., Григорьева В.Н. ФММ, 30, 819, 1970.

20. Гиндин И.А., Стародубов Я.Д. ФТТ, 2, 1070, 1960.

21. Гарбер Р.И., Гиндин И.А., Стародубов Я.Д. ФТТ, 1, 1959.

22. Гарбер Р.И., Неклюдов И.М., Перунина Л.М. ФММ, №11, 1961, с.108-111.

23. Неклюдов И.М., Камышанченко Н.В. Физические представления о путях повышения прочности кристаллических тел./Сб. «Исследование механического сопротивления материалов и конструкций» // Труды МИСИ им. В.В.Куйбышева и БТИСМ им. И.А.Гришманова. - М.: т.5, вып.20, с.80 - 114.

24. Гиндин И.А., Неклюдов И.М., Бобонец И.И., Камышанченко Н.В. Способ термомеханической обработки чистых металлов. А.С №378532, М.Кл. С22f 1/00, СССР, 1973.

Способ термомеханической обработки чистых металлов, включающий закалку, деформацию закаленных образцов при 77 К и старение, отличающийся тем, что деформацию закаленных образцов в пластической области осуществляют с остаточной деформацией 1,8-2,0%, а старение производят под напряжением σ_H=(0,3-0,9)σ_0,2 при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации для обрабатываемых металлов.