Способ определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии
Владельцы патента RU 2447413:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ") (RU)
Изобретение относится к области исследования процессов полиморфных превращений в металлах при высоких температурах и может быть использовано в процессе пластическо-деформационного формообразования материалов. Способ определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии заключается в измерении активности сигналов акустической эмиссии, излучаемых испытываемым образцом во время его нагрева. Температура полиморфного превращения определяется как температура, соответствующая моменту скачкообразного снижения активности акустической эмиссии. Технический результат - повышение точности и производительности определения температуры полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах без ограничений к форме и размерам исследуемых образцов. 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, их формообразованию, а также к области исследования процессов полиморфных превращений в металлах при высоких температурах и может быть использовано в процессе пластическо-деформационного формообразования материалов.
Известен способ определения температуры полиморфного превращения титановых сплавов методом пробных закалок (Металлография титановых сплавов / под ред. Аношкина Н.Ф., Бочвара Г.А., Ливанова В.А. и др. М.: Металлургия, 1980. С.36), заключающийся в фиксировании структуры сплава после закалки с нагревом при последовательно повышающихся температурах в районе α→β перехода. Данный способ отличается низкой производительностью и высокой трудоемкостью, требует изготовления большого количества образцов, применения сложного лабораторного оборудования, а также не отличается высокой точностью результатов исследования.
Также известен способ определения температуры полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах (Патент № RU 2248539 C2 от 20.03.2005 г.), заключающийся в нагреве образца до температуры, обеспечивающей свободное провисание жестко закрепленного образца, соответствующей температуре полиморфного превращения α→β. Но данный способ позволяет определять момент достижения температуры полиморфного превращения, но не предусматривает определения значения этой температуры. Кроме того, данный способ также не отличается высокой точностью и, в частности, не позволяет определить температуру начала полиморфного превращения - свободное провисание образца происходит после того, как изменение кристаллической решетки произойдет в большей части объема образца, что при постоянной скорости нагрева приводит к завышению измеренной температуры начала полиморфного превращения. Кроме того, определенная с помощью данного способа температура начала полиморфного превращения будет зависеть от степени прогрева образца, то есть от его толщины, профиля сечения и других факторов. К недостаткам данного прототипа следует также отнести возможность исследования только листовых образцов с достаточно ограниченным диапазоном габаритных размеров и отсутствие возможности применения способа для исследования образцов сложных форм и разных габаритов.
Изобретение направлено на повышение производительности и точности определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах для использования в технологических процессах горячей штамповки.
Указанный технический результат обеспечивается заявляемым способом определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии, включающим нагрев образцов под закалку до заданной температуры, отличающимся тем, что во время нагрева заготовки регистрируется излучаемая ею АЭ и производится анализ активности АЭ, а температура полиморфного превращения определяется по скачкообразному снижению активности АЭ.
Порядок операций в указанном способе следующий. К образцу закрепляется звуковод и термопара. Ко второму концу звуковода закрепляется широкополосный пьезоэлектрический датчик акустической эмиссии. Образец помещается в печь и выполняется его нагрев. В процессе нагрева измеряется температура образца и регистрируются излучаемые образцом сигналы акустической эмиссии. Активность АЭ определяется как скорость излучения АЭ сигналов (имп./с). Момент резкого снижения активности АЭ соответствует температуре начала полиморфного превращения.
Пример реализации способа
Предлагаемый способ был применен для определения температуры начала полиморфного превращения в сплаве ВТ20. Контрольные образцы сечением 2×15 мм нагревались от температуры 18°C до температуры 1100°C в предварительно нагретой до температуры 1100°C муфельной печи. В процессе нагрева контролировалась температура образца с помощью хромель-алюмелевой термопары, зачеканеной в образец. Во время нагрева образца также анализировались сигналы акустической эмиссии, регистрируемые широкополосным пьезоэлектрическим преобразователем GT-301 (Globaltest) и рассчитывались спектры сигналов акустической эмиссии с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье. На фиг.1 представлен график активности акустической эмиссии. Температура начала полиморфного превращения Тпп определялась как температура, соответствующая моменту скачкообразного снижения активности АЭ. Для исследованного материала Тпп=1010°C, соответствующая моменту изменения активности АЭ с 35 имп./с до 12 имп./с.
Для контроля результатов эксперимента исследованный материал подвергался дилатометрическим исследованиям на дилатометре Netzsch DIL 402 PC. Результаты исследования представлены на фиг.2. Таким образом, результаты дилатометрических исследований подтверждают результаты исследования заявляемым способом.
Предлагаемый способ определения температуры полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии позволяет повысить производительность и точность определения температуры полиморфного превращения, а также выполнять измерения без ограничений по скорости нагрева, форме и конфигурации образца.
Способ определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии, включающий нагрев образцов под закалку до заданной температуры, отличающийся тем, что во время нагрева заготовки регистрируется излучаемая ею акустическая эмиссия (АЭ) и производится анализ активности АЭ, а температура полиморфного превращения определяется по скачкообразному снижению активности АЭ.
