Способ обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана th-1


 


Владельцы патента RU 2451106:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "УГТУ") (RU)

Изобретение относится к металлургии, в частности к изделиям из сплавов никелида титана с эффектом памяти формы, и может быть использовано в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине. Заявлен способ обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана ТН-1 путем предварительного термоциклирования через интервалы мартенситных превращений в режиме кручения. Термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяют до получения установившихся значений деформационных откликов, при этом нагревают полуфабрикат из мартенситного состояния Т=295 К в аустенитное состояние Т=500 К и охлаждают обратно в мартенситное состояние. Технический результат - получение деформационных характеристик устойчивого эффекта обратимого реверсивного формоизменения. 4 табл.

 

Изобретение относится к металлургии и может найти применение в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине.

Известны несколько способов обработки полуфабрикатов для материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТМП), которые позволяют изменить величины обратимого формоизменения (ОФИ).

Первый способ - это пластическое деформирование материала путем термоциклирования через интервалы мартенситных (ГЦК-ГЦТ) переходов медно-марганцевых сплавов под постоянным напряжением различной величины либо после предварительного термоциклирования под нагрузкой [И.Н.Андронов, С.Л.Кузьмин, В.А.Лихачев. «Известия высших учебных заведений». Цветная металлургия, 1983, №2, с.84-88].

Второй способ заключается в термоциклической тренировке материала, при которой тренировочные напряжения превосходят рабочие. После предварительной тренировки материал термоциклируют через интервалы ГЦК-ГЦТ переходов под напряжениями τН - на этапе нагревания и τО - на этапе охлаждения пока значения деформационных откликов (эффект памяти формы (ЭПФ) и пластичность прямого превращения (ППП)) не стабилизируются. Установившиеся характеристики ОФИ для различных напряжений сравнивались для тренированного и нетренированного материалов [И.Н.Андронов, В.А.Лихачев. «Известия высших учебных заведений». Цветная металлургия, 1986, №2, с.97-102].

Наиболее близким аналогом является третий способ обработки полуфабрикатов из сплавов с термоупругими мартенситными превращениями - включает в себя предварительную термоциклическую тренировку сплава с термоупругими мартенситными превращениями в режиме кручения, который термоциклировали при нагреве в разгруженном состоянии, а при охлаждении под нагрузкой от Т=298 К до Т=500 К [Патент №2310696, МПК C22F 1/18, опубл. 20.11.2007. Бюл. №32]. После термоциклической тренировки заготовку разгружали при 298 К. Полученные результаты по предложенной оценке деформационных характеристик для полуфабрикатов до и после обработки сравнивались.

Анализируя данные трех способов обработки материалов с каналами мартенситной неупругости (МН), можно сделать вывод, что во всех способах после тренировки наблюдается заметная обратимая деформация, проявляемая в виде возврата деформации на этапе нагрева и ее накопления на этапе охлаждения, кроме того, первые два способа сложно осуществимы, потому что требуют криогенных температур. В третьем способе имели место деформационные эффекты, связанные с ЭПФ при нагревании в разгруженном состоянии и с ППП при охлаждении под нагрузкой через интервалы мартенситных превращений (МП).

Техническим результатом изобретения является получение устойчивого эффекта обратимого реверсивного формоизменения под постоянной нагрузкой при нагревании и в разгруженном состоянии на этапе охлаждения для сплава никелида титана (ТН-1).

Этот результат достигается способом обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана ТН-1 путем предварительного термоциклирования через интервалы мартенситных превращений в режиме кручения, отличающимся тем, что термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяют до получения установившихся значений деформационных откликов, при этом нагревают полуфабрикат из мартенситного состояния Т=295 К в аустенитное Т=500 К и охлаждают обратно в мартенситное.

Для проведения испытаний был отобран материал в виде сплошных цилиндрических образцов из сплава ТН-1 (с длиной и диаметром рабочей части соответственно 33 и 4 мм). Перед испытанием образцы отжигали (в муфельной печи в специальном контейнере) при температуре 550°С в течение 1 часа с последующим охлаждением до комнатной температуры на воздухе. Экспериментальная часть работы проводилась на специальной установке, спроектированной и изготовленной в Ухтинском государственном техническом университете [А.С. №1809356 СССР, G01N 3/08. Установка для испытания образцов материалов при сложном напряженном состоянии: / В.П.Власов, И.Н.Андронов, Ю.Б.Какулия. - 4908828/28; заявл. 07.02.91; опубл. 15.04.93, бюл. №14: чертеж]. Образец правым концом закреплен с помощью двух винтов в захвате, жестко соединенном с правой опорой. Левый конец образца таким же образом закреплен в конце вала, имеющего возможность свободно вращаться и перемещаться в осевом направлении в подшипниках опор. Крутящий момент передается через шкив, жестко закрепленный на валу шпоночным соединением, на котором намотана прочная нить с подвешенным на конце грузом, при этом предусмотрена возможность изменения направления закручивания груза. Угол закручивания образца определяют по показаниям шкалы измерительного устройства. Нагрев производили электропечью. Температура в процессе эксперимента регистрировалась при помощи милливольтметра М 2038, подключенного к хромель-копелевой термопаре, спай которой подсоединяли к рабочей части образца. Для контроля однородности нагрева образца устанавливались две термопары в различных точках его рабочей части. Установка позволяет сообщать образцу крутящий момент до 5 Н·м.

Для получения результата изобретения полуфабрикат, находящийся в мартенситном состоянии при температуре 295 К, нагружали заданным крутящим моментом, сообщая ему фиксированное значение касательных напряжений, после чего нагревали до 500 К, измеряя при этом угловую деформацию, далее снимали нагрузку и охлаждали до исходной температуры. После этого термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяли до получения установившихся значений деформационных откликов.

Параметры использованных образцов представлены в таблице 1.

В лабораторных условиях выполнили три серии опытов. Значения напряжений нагрева и охлаждения, а также тренировочных представлены в таблице 2.

Таблица 2
Серия Напряжения тренировки σтр (МПа) Напряжения нагрева σн (МПа) Напряжения охлаждения σо (МПа)
I 100 50, 100, 150, 200 0
II 200 50, 100, 150, 200, 250 0
III 300 50, 100, 150, 200, 250, 300 0

Для всех опытов минимальная и максимальная температуры термоциклирования соответственно составили: Tmin=295 К; Тmax=500 К.

Результаты по оценке деформационных характеристик для полуфабрикатов до и после обработки даны в таблице 3, а результаты по оценке деформационных откликов по прототипу приведены в таблице 4. Как видно из таблицы 3, предварительная термоциклическая тренировка по-разному влияет на формирование эффектов пластичности обратного превращения (ПОП) и эффекта памяти формы (ЭПФ). Если первые деформационные отклики уменьшаются в результате термоциклической тренировки, то вторые увеличиваются, тем самым наблюдая, по предложенному способу, четко выраженный устойчивый эффект обратимого реверсивного формоизменения сплава ТН-1, чего мы не видим по известному.

Таблица 3
Пример Напряжения нагрева, МПа γпоп, % γп, %
Не тренирован Тренировка при 200 МПа He тренирован Тренировка при 200 МПа
1 100 0,35 0,23 0,50 0,83
2 150 0,50 0,40 1,24 1,60
3 200 0,90 0,75 2,2 2,31
4
Таблица 4
Пример τ, МПа Нетренированный образец Тренир. образец при τ=200 МПа
τ=0; γпп, % τ=0; γпп, % τ=0; τпп, % τ=0; γп, %
1 50 3,56 3,55 9,41 9,37
2 100 9,79 9,75 10,96 10,88
3 150 11,97 11,84 12,31 12,26
4 200 13,39 12,97 13,88 13,28
5 250 14,02 13,68 - -

где γпоп - деформация, соответствующая пластичности обратного превращения;

γп - деформация, соответствующая обратному эффекту памяти формы при нагревании;

γпп - деформация, соответствующая пластичности прямого превращения при охлаждении.

Способ обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана ТН-1 путем предварительного термоциклирования через интервалы мартенситных превращений в режиме кручения, отличающийся тем, что термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяют до получения установившихся значений деформационных откликов, при этом нагревают полуфабрикат из мартенситного состояния Т=295 К в аустенитное состояние Т=500 К и охлаждают обратно в мартенситное.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в технологических циклах получения полуфабрикатов сплавов на основе ванадия. .
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 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 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 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, а именно к способам изготовления изделий из сплавов с эффектом памяти формы на основе никелида титана со способным к изменению цвета покрытием в его деформированной части, и может быть использовано при поизводстве датчиков, которые самопроизвольно информируют об изменении температуры и деформации путем изменения цвета их поверхности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно способам химико-термической поверхностной обработки титановых сплавов, и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть применено для упрочняющей обработки кромок лопаток паровых турбин при их изготовлении или при восстановительном ремонте.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из титановых сплавов.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении рабочих и направляющих лопаток паровых турбин, газоперекачивающих установок и компрессоров газотурбинных двигателей, изготовленных из легированных сталей.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению дистанционирующей решетки для позиционирования топливных стержней в сборке тепловыделяющих элементов ядерных установок

Изобретение относится к деформационной обработке металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении, авиа-двигателестроении, автомобильной промышленности
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке изделий (полуфабрикатов, деталей, узлов и др.) из титановых сплавов Способ термомеханической обработки изделий из титановых сплавов включает термомеханическую обработку, которую проводят в двенадцать стадий, при этом на первой стадии осуществляют нагрев до температуры (Тпп +200÷Тпп+270)°C, деформацию в четыре этапа при охлаждении до температуры (Тпп+70÷Тпп -100)°C с изменением направления деформации на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 30÷60% на каждом этапе; на второй стадии - нагрев до температуры (Т пп+120÷Тпп+170)°C, деформацию в четыре этапа при охлаждении до температуры (Тпп-50÷Т пп-110)°C с изменением направления деформации на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 30÷60% на каждом этапе; на третьей стадии - нагрев до температуры (Т пп+20÷Тпп+70)°C, деформацию в четыре этапа при охлаждении до температуры (Тпп-70÷Т пп-140)°C с изменением направления деформации на 90° при чередовании осадки и вытяжки со степенью деформации 30÷60% на каждом этапе; на четвертой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп-40)°C, деформацию со степенью 15-60% при охлаждении до температуры (Тпп -100÷Тпп-140)°C; на пятой стадии - нагрев до температуры (Тпп+70÷Тпп+90)°C, деформацию со степенью 30-60% при охлаждении до температуры (Т пп-40÷Тпп-90)°C; на шестой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Тпп -40)°C, деформацию со степенью 20-40% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-60÷Тпп-100)°C; на седьмой стадии - нагрев до температуры (Тпп+20÷Т пп+50)°C, деформацию со степенью 30-60% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-40÷Тпп -70)°C; на восьмой стадии - нагрев до температуры (Т пп-20÷Тпп-40)°C, деформацию со степенью 20-60% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-60÷Т пп-100)°C; на девятой стадии - нагрев до температуры (Тпп+30÷Тпп+70)°C, деформацию при прокатке со степенью 40-70% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-70÷Тпп-170)°C; на десятой стадии - нагрев до температуры (Тпп-20÷Т пп-40)°C, деформацию при прокатке со степенью 30-50% в процессе охлаждения до температуры (Тпп-100÷Т пп-200)°C; на одиннадцатой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-70÷Тпп-170)°C с выдержкой 15-60 мин, охлаждение на воздухе или в воде; на двенадцатой стадии проводят нагрев до температуры (Тпп-270÷Т пп-470)°C с выдержкой 5-15 часов, где Тпп - температура полиморфного превращения; при этом с четвертой по восьмую стадию направление деформации на 90° изменяют от двух до четырех раз
Изобретение относится к области металлургии, в частности к обработке металлов давлением, и может быть использовано для получения высокопрочной проволоки из ( + )-титановых сплавов, предназначенной для изготовления витых и плетеных конструкций

Изобретение относится к области поверхностной термомеханической обработки деталей из жаропрочных сталей, титановых и никелевых сплавов, интерметаллидов и др

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству высокопрочных труб из двухфазных сплавов на основе титана, преимущественно из псевдо- и ( + )-сплавов

Изобретение относится к области радиационного материаловедения и может быть использовано в технологических циклах получения полуфабрикатов сплавов на основе ванадия, используемых в качестве конструкционных материалов в реакторах деления и синтеза

Изобретение относится к пластинам из титана или титанового сплава, которые могут быть использованы в качестве материалов для теплообменников и установок химической переработки
Изобретение относится к деформационно-термической обработке с изменением физико-механических свойств металла и может быть использовано в машиностроении, авиадвигателестроении и медицине при изготовлении полуфабрикатов из титана

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым сплавам с высокой коррозионной стойкостью
Наверх