Способ термомеханического упрочнения металлов с гранецентрированной кубической (гцк) структурой

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термомеханической обработке таких металлов, как, например, Аl, Сu, Ni и др. и сплавов с ГЦК структурой и изделий из них. Для повышения прочностных характеристик и релаксационной стойкости изделий осуществляют закалку от температур на 10-100°С ниже температуры плавления металла с последующим охлаждением в хладагенте, затем ступенчато деформируют: на первом этапе величина нагружения составляла σHI=0,3σ0,2, на втором этапе σHII=0,5σ0,2, на третьем этапе σHIII=0,7σ0,2, на заключительном этапе σHIV=0,9σ0,2. После каждого этапа осуществляют выход на установившуюся стадию механической релаксации и последующее старение или отжиг в течение 24 часов при температуре ниже температуры первой рекристаллизации обрабатываемого металла. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при термомеханической обработке металлов, например Al, Cu, Ni и др., и сплавов с ГЦК структурой и изделий из них, несущих при эксплуатации термические и механические нагрузки.

Известен способ обработки металлов и сплавов, включающий закалку от температуры на 10-100°С меньше температуры плавления с последующим охлаждением в хладагенте, например в воде или масле, деформацию закаленных образцов со степенью 0,3-0,6% при температуре от минус 196°С до +27°С и старение или отжиг при температуре 27-427°С [1].

К недостаткам известного способа обработки относятся незначительное увеличение прочностных характеристик (σ0,2, σB) по сравнению с характеристиками материалов используемых в промышленности, прошедших стандартную технологическую обработку и большая величина остаточной деформации, приводящая к увеличению затрат на последующую механическую обработку.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик и снижение остаточной деформации.

Технический результат - стабилизация внутреннего состояния закаленного металла или изделия из него и повышение прочностных характеристик обрабатываемых материалов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающим закалку от температуры на 10-100°С меньше температуры плавления с последующим охлаждением в хладагенте, например в воде или масле, деформацию закаленных образцов и старение или отжиг, процесс стабилизации внутреннего состояния закаленного металла или изделия из него осуществляют в процессе релаксации напряжения под действием последовательного ступенчатого нагружения от σHI=0,3σ0,2 до σHIV=0,9σ0,2 при минус 196°С с выходом при каждой возрастающей нагрузке из неравновесного релаксационного состояния в состояние, близкое к термодинамическому равновесию при температуре проведения процесса возврата и дальнейшего отдыха в течение 24 часов при температуре ниже температуры первой рекристаллизации обработанного металла.

Закалка от высоких температур способствует образованию в объеме металлов сверхравновесного состояния структуры из точечных дефектов, в основном вакансий, и их комплексов. Образовавшаяся структура способствует повышению прочностных характеристик, но отличается неуравновешенным внутренним напряжением, величина которого может меняться под действием внешних напряжений или повышением температуры в процессе эксплуатации.

Ступенчато возрастающая нагрузка с последующей релаксацией напряжения способствует созданию условий для перемещения подвижных дислокации и закрепления их созданными в процессе закалки точечными вакансиями, дефектами и их комплексами. По мере возрастания приложенной нагрузки происходит «вскрытие» спектра «слабых» напряженных мест кристаллического строения металла, являющихся очагами преждевременного разрушения металла, с одной стороны; с другой - естественная скорость протекания механической релаксации способствует перераспределению дефектов кристаллической решетки в энергетически выгодные положения.

Применение ступенчато возрастающей нагрузки и закаленных дефектов способствует развитию возвратных процессов, которые не сопровождаются образованием новых границ и протекают в пределах отдельных зерен поликристаллов, что является существенным отличием объекта изобретения, приводящим к расширению возможностей упрочнения металлов с ГЦК структурой, сокращению времени обработки, по сравнению с известными из уровня техники способами [1-5].

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят закалку от температуры на 10-100°С меньше температуры плавления с последующим охлаждением в хладагенте, например в воде или масле. Осуществляют поэтапную деформацию при минус 196°С, начиная первый этап деформации с величины нагружения σHI=0,3σ0,2, на втором этапе величина нагружения составляет σHII=0,5σ0,2, на третьем этапе σHIII=0,7σ0,2, на заключительном этапе σHIV=0,9σ0. После каждого этапа осуществляют выход на установившуюся стадию механической релаксации и последующее старение или отжиг в течение 24 часов при температуре ниже температуры первой рекристаллизации обрабатываемого металла.

Анализ полученных результатов (таблица 1) свидетельствует о том, что в случае обработки по предлагаемому способу по сравнению с прототипом существенно повышается предел текучести σ0,2 и прочности σB, что, несомненно, свидетельствует об эффективности предлагаемого способа обработки.

Таблица 1
Материал Способ обработки Полученные свойства материала
σВ, МПа σ0,2, МПа
1 Al Обработка по прототипу: Закалка от 650°С в воде, нагружение с остаточной деформацией 0,5% при минус 196°С, старение при 27°С. 108 24
2 Al Обработка по предлагаемому способу: Закалка от 650°С в воде, ступенчатое нагружение с величиной нагружения на первом этапе σнI=0,3σ0,2, на втором этапе σнII=0,5σ0,2, на третьем этапе σнIII=0,7σ0,2, на заключительном этапе σнIV=0,9σ0,2 при минус 196°С с выходом при каждом последующем нагружении на установившуюся стадию релаксации, старение при 27°С, в течение 24 часов. 121 42
3 Ni Обработка по прототипу: Закалка от 1300°С в масле, нагружение с остаточной деформацией 0,5% при минус 196°С, старение при 127°С 560 171
4 Ni Обработка по предлагаемому способу: Закалка от 1300°С в масле, ступенчатое нагружение с величиной нагружения на первом этапе σнI=0,3σ0,2, на втором этапе σнII=0,5σ0,2 на третьем этапе σнIII=0,7σ0,2, на заключительном этапе σнIV=0,9σ0,2 при минус 196°С с выходом на установившуюся стадию релаксации, старение при 127°С. 740 283

Источники информации

1. Способ термомеханической обработки чистых металлов. Авторы Гиндин И.А., Неклюдов И.М., Бобонец И.И., Камышанченко Н.В. / Авторское свидетельство №378532, М. Кл. С22F 1/00, СССР, 1973, Бюл. №19.

2. Способ термомеханической обработки металлов. Авторы: Гиндин И.А., Неклюдов И.М., Слезов В.В., Камышанченко Н.В. А.С. 692904, СССР, МКИ2 С22F 1/00.

3. Авторское свидетельство СССР №269185, кл. С21D 7/14, 1966.

4. Авторское свидетельство СССР №377343, кл. С21D 7/13, 1971.

5. Способ термомеханической обработки чистых металлов. Авторы: Камышанченко Н.В., Неклюдов И.М., Гальцев А.В. Патент на изобретение №2367711 от 20.09.2009.

Способ термомеханического упрочнения металлов с гранецентрированной кубической структурой, включающий закалку от температур на 10-100°С ниже температуры плавления металла с последующим охлаждением в хладагенте, деформацию при минус 196°С и отжиг или старение, отличающийся тем, что деформацию осуществляют ступенчато с величиной нагружения, составляющей на первом этапе σHI=0,3σ0,2, на втором этапе σHII=0,5σ0,2, на третьем этапе σHIII=0,7σ0,2, на заключительном этапе σHIV=0,9σ0,2, при этом после каждого этапа осуществляют выход на установившуюся стадию механической релаксации и последующее старение или отжиг в течение 24 ч при температуре ниже температуры первой рекристаллизации обрабатываемого металла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении заготовок многогранной или круглой форм с высоким уровнем физико-механических свойств.
Изобретение относится к области термической обработки и может быть применено при термической стабилизации размеров высокоточных деталей из сплава АК4-1 ч. .

Изобретение относится к области металлургии и термической обработки сплавов и может быть использовано в точном приборостроении и машиностроении. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения изделий типа газотурбинных дисков из жаропрочных порошковых никелевых сплавов. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам изготовления изделий типа дисков и валов газотурбинных двигателей из порошковых жаропрочных никелевых сплавов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки тяжелонагруженных деталей газовых турбин из порошковых сплавов на основе никеля.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки заготовок типа дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных, порошковых никелевых сплавов.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам термической обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе, в том числе изготовленных из гранул.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической обработке сплавов на никелевой основе, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении и других областях техники.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению высокопрочных тонких листов, лент и фольг из микрокомпозиционных материалов на основе меди, и может быть использовано в электронной технике.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения жаропрочных титановых сплавов с использованием горячего изостатического прессования (ГИП), для изготовления лопаток и дисков компрессора высокого и низкого давления, дисков ГТД, силовых и энергетических установок

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки крупногабаритных заготовок из титановых сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами для изготовления изделий, эксплуатируемых в различных областях промышленности, в том числе машиностроении, авиадвигателестроении и медицине

Изобретение относится к области обработки металлов давлением

Изобретение относится к сваренным кузнечным способом изделиям и конструкционным элементам из алюминиевого сплава, в частности для авиастроения

Изобретение относится к области металлургии, в частности к материаловедению в машиностроении, и может быть использовано при изготовлении проволоки из титановых сплавов и изделий из нее, например пружин
Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке псевдо- -титановых сплавов, и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей и узлов авиакосмической техники

Изобретение относится к нанопористым металлическим материалам и может быть использовано для изготовления ультрафильтрационных мембран и получения нанопористых изделий со сквозными порами

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, подходящим для литья конструктивных элементов газовой турбины

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве полуфабрикатов в виде поковок, штамповок, прессованных прутков и профилей, катаных плит и листов из высокопрочных сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для применения в силовых конструкциях авиакосмической техники и транспортных средств, к которым предъявляются повышенные требования по прочности, трещиностойкости, усталостной долговечности, коррозионной стойкости
Изобретение относится к сплаву серии АА7000 и к способу изготовления продуктов из этого алюминиевого сплава, а именно к алюминиевым деформированным продуктам относительно большой толщины, в частности от 30 до 300 мм

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при термомеханической обработке таких металлов, как, например, Аl, Сu, Ni и др

Наверх