Способ термомеханического упрочнения металлов с гранецентрированной кубической (гцк) структурой
Владельцы патента RU 2437959:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU)
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 σH I=0,3σ0,2, на втором этапе σH II=0,5σ0,2, на третьем этапе σH III=0,7σ0,2, на заключительном этапе σH IV=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 σH I=0,3σ0,2 до σH IV=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 σH I=0,3σ0,2, на втором этапе величина нагружения составляет σH II=0,5σ0,2, на третьем этапе σH III=0,7σ0,2, на заключительном этапе σH IV=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 σH I=0,3σ0,2, на втором этапе σH II=0,5σ0,2, на третьем этапе σH III=0,7σ0,2, на заключительном этапе σH IV=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.
