Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, при низкотемпературном формировании исходной формы изделий из материалов с термоупругими мартенситными превращениями. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана включает термоциклирование через интервал обратного мартенситного превращения. Термоциклирование начинают из мартенситного состояния при температуре 23°C и осуществляют в интервале температур до 142°C под действием постоянных растягивающих напряжений на этапах нагрева и охлаждения, причем отношение значений напряжений на этапах нагрева к напряжениям на этапах охлаждения равно 4. Получают высокие значения сверхпластической деформации. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и может найти применение в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, при формировании исходной формы полуфабрикатов и изделий из материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТМП).

Известны несколько способов обработки материалов с целью получения сверхпластического состояния. Первый способ - это деформирование при температуре 440-480°C со скоростью 1·10-3-1·10-2 с-1 сплава Al - 3.5-4.5 мас. % Zn - 3.5-4.5 мас. % Mg - 0.6-1.0 мас. % Cu - 2.0-3.0 мас. % Ni - 0.25-0.3 мас. % Zr [Патент. №2491365, C22F 1/047 (2006.01), C22F 1/053 (2006.01), С22 21/06 (2006.01), С22 21/10 (2006.01). Заявл. 2011133287/02, 09.08.2011, опубл. 27.08.2013. Бюл. №24].

Второй способ - это деформирование путем равноканального углового прессования со скоростью 3·10-5-3·10-1 с-1 при температуре 20-450°C сплава (Al - 2 вес. % Li - 6 вес. % Mg - 0.1 вес. % Zr) [Грязнов М.Ю., Чувильдеев Р.В., Кузин В.Е., Мышляев М.М., Копылов В.И. Сверхпластичность (СП) алюминиевых сплавов системы Al-Li-Mg, полученных методом равноканального углового прессования «Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского» 2011. №6(1). С. 49-57].

Недостатком 1 и 2 способов является то, что все опыты осуществляли изотермическим путем на алюминиевых сплавах с постоянной скоростью активного деформирования или равноканального углового прессования, что исключает возможность неизотермического получения сверхпластических деформаций.

В качестве наиболее близкого аналога может быть принят способ термомеханической обработки полуфабрикатов из никелида титана, включающий термоциклирование через интервалы мартенситного превращения, раскрытый в статье Андронова И.Н. и др. Деформационные эффекты в никелиде титана после тренировки изотермическим механоциклированием. Известия Коми научного центра УРО РАН, Выпуск 2(10), Сыктывкар 2012, С. 98-103.

Недостатком прототипа является то, что максимальная сверхпластиченская деформация TiNi в этом случае не превышала 1%, что явно недостаточно для формирования исходной формы элементов конструкций исполнительных устройств.

Техническими результатом изобретения является получение значительных сверхпластических деформаций в результате термоциклирования через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий. Поставленная задача решается тем, что, как и в известном прототипе, в предлагаемом способе осуществляют процедуру, включающую, в том числе, деформирование материала из сплава никелида титана в интервале обратного мартенситного перехода.

Новым является то, что сверхпластическое состояние достигается за счет термоциклирования в интервалах мартенситных превращений под действием растягивающих напряжений, постоянных на этапах нагревания и охлаждения, в температурном интервале 23-142°C, при этом термоциклирование начинают из мартенситного состояния.

Кроме того, напряжение на этапе нагревания в течение всего процесса поддерживают в 4 раза больше, чем на этапе охлаждения.

Изобретение поясняется таблицами 1, 2 и 3. В таблице 1 даны параметры использованных образцов. В таблице 2 приведены соответствующие экспериментальные параметры для примера 1. В таблице 3 приведены соответствующие экспериментальные параметры для примера 2.

Способ осуществляет термомеханическую обработку цилиндрических образцов из никелида титана ТН-1 путем предварительного термоциклирования через интервалы обратного и прямого мартенситного превращения в условиях действия растягивающих напряжений σн - на этапе нагревания и σ0 - на этапе охлаждения с целью формирования в полуфабрикате сверхпластической деформации. В процессе термоциклирования выдерживают соотношение σн0=4. Термоциклирование осуществляли в интервале температур 23-142°C.

Кроме того, термоциклирование начинают из мартенситного состояния.

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 отжигают (в муфельной печи в специальном контейнере) при температуре 550°C 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]. Она позволяла сообщать образцу постоянные во времени растягивающие усилия величиной до 5000 Н.

Нагрев производят электропечью. Температуру в процессе эксперимента регистрируют при помощи милливольтметра М2038, подключенного к хромель-копелевой термопаре, спай которой подсоединяют к рабочей части образца. Для контроля однородности нагрева образца устанавливают две термопары в различных точках его рабочей части. Скорость изменения температуры составляет 0.02°C с-1. Для получения результата изобретения полуфабрикат, находящийся в мартенситном состоянии при температуре 23°C, нагружают заданной растягивающей силой, сообщая ему фиксированное значение нормальных напряжений, после чего нагревают до 142°C, далее частично снимают нагрузку, уменьшая значения напряжений вчетверо, и охлаждают до исходной температуры. После этого термоциклирование через интервалы мартенситных превращений повторяют до заметного появления шейки, в том числе вплоть до разрушения образца. Условное напряжение термоциклирования определяют по формуле σ=N/F0, где N - величина растягивающей силы, F0 - площадь поперечного сечения образца в исходном состоянии. Для оценки деформированного состояния в шейке используют истинные деформации, традиционно используемые в курсе сопротивления материалов [Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 592 с.], εи=(F0/F-1)- 100%, где F - текущее значение площади поперечного сечения. Погрешности определения величин σ и εи не превышали 1 МПа и 0.4% соответственно.

Пример 1. Образец термоциклируют в интервале температур 23-142°C в нагруженном состоянии на этапах нагревания и охлаждают в течение 18 термоциклов под растягивающими напряжениями на этапах нагревания и охлаждения 340 и 85 МПа соответственно, после чего определяют истинную остаточную деформацию в шейке и по длине образца. Пример показывает, что уже на 18 цикле сверхпластическая (истинная) деформация достигает 177.0%, что примерно в 180 раз превосходит сверхпластическую деформацию, заявленную в прототипе.

Пример 2. Образец термоциклируют в интервале температур 23-142°C в нагруженном состоянии на этапах нагревания и охлаждения в течение 22 термоциклов под растягивающими напряжениями на этапах нагревания и охлаждения 340 и 85 МПа соответственно вплоть до разрушения, после чего образец соединяют по излому и измеряют истинную деформацию в шейке и по длине образца. Пример показывает, что на 22 цикле сверхпластическая (истинная) деформация достигает 343.2%, что примерно в 340 раз превосходит сверхпластическую деформацию, заявленную в прототипе.

1. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана, включающий термоциклирование через интервал обратного мартенситного превращения, отличающийся тем, что термоциклирование начинают из мартенситного состояния при температуре 23°C и осуществляют в интервале температур до 142°C под действием постоянных растягивающих напряжений на этапах нагрева и охлаждения, причем отношение значений напряжений на этапах нагрева к напряжениям на этапах охлаждения равно 4.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что напряжения на этапах нагрева и этапах охлаждения составляют 340 и 85 МПа соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины.
Изобретение относится к изготовлению трубных изделий из гафния, которые могут быть использованы в качестве оболочек регулирующих стержней в ядерных реакторах с водяным охлаждением.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве длинномерных заготовок типа прутков и профилей из конструкционных титановых сплавов методом изотермической экструзии.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению длинномерных прутков с нанокристаллической структурой для медицинских изделий. Способ включает интенсивную пластическую деформацию заготовки при температуре, не превышающей температуру рекристаллизации материала заготовки.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при получении заготовок из двухфазных титановых сплавов, применяемых, в частности, в авиационной промышленности.

Настоящее изобретение относится к областям металлургии, а именно к способам термической обработки высоколегированных псевдо-β титановых сплавов. Способ термической обработки крупногабаритных изделий из высокопрочного титанового сплава, содержащего, мас.%: 4,0…6,3 алюминия, 4,5…5,9 ванадия, 4,5…5,9 молибдена, 2,0…3,6 хрома, 0…5 циркония, 0…6 олова, 0…0,5 кремния, титан и неизбежные примеси - остальное, включает охлаждение со скоростью V1<3°С/мин из однофазной β-области до температуры T1<370°С и последующее старение при температуре Т2=370…600°С в течение 1…12 часов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу изготовления тонких листов из двухфазного титанового сплава с микрокристаллической структурой, которая, в частности, пригодна для сверхпластической деформации при нагреве.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к вакуумной химико-термической обработке деталей. Способ получения износостойких покрытий на поверхности изделий из титана и его сплавов включает предварительную подготовку изделий путем их отжига и механической обработки и альфирование изделий.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при изготовлении броневых листов из (α+β)-титанового сплава. Способ изготовления броневых листов из (α+β)-титанового сплава включает подготовку шихты, выплавку слитка состава, мас.%: 3,0-6,0 Al; 2,8-4,5 V; 1,0-2,2 Fe; 0,3-0,7 Mo; 0,2-0,6 Cr; 0,12-0,3 О; 0,010-0,045 С; <0,05 N; <0,05 Н;<0,15 Si; <0,8 Ni; остальное - титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, обладающим улучшенными баллистическими и механическими свойствами. Сплав на основе титана состоит по существу из, вес.%: 4,2-5,4 алюминия, 2,5-3,5 ванадия, 0,5-0,7 железа, 0,15-0,19 кислорода и титана до 100.

Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения никелевой полосы из нескольких, по меньшей мере, по существу цельных катодных листов. Способ получения никелевой полосы из катодных листов характеризуется тем, что полосу получают горячей прокаткой по отдельности листов, которые соединяют в полосу, или горячей прокаткой полосы после соединения отдельных листов.
Изобретение относится к приборостроению и может использоваться для изготовления упругих подвесов чувствительных элементов динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ).

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться для изготовления упругих подвесов чувствительных элементов динамически настраиваемых гироскопов (ДНГ).
Способ фиксации и лечения короно-радикулярных переломов многокорневых зубов относится к медицине, в частности к стоматологии, и может быть использовано для постоянной фиксации и лечения короно-радикулярных переломов многокорневых зубов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к дисперсионно-упрочненным жаропрочным сплавам на основе никеля и может быть использовано в качестве материала для трубчатой оболочки тепловыделяющего элемента реакторов на быстрых нейтронах.

Изобретение относится к металлургии, к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля и может быть использовано для изготовления деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах.

Группа изобретений относится к технике производства тонких прутков и проволоки, обладающих эффектом «памяти» формы и сверхупругостью из сплавов системы никель-титан с эффектом «памяти» формы, используемых в авиации, радиоэлектронике, медицине, космической технике, машиностроении и других областях техники.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов на основе никеля, обладающих высоким сопротивлением ползучести и растяжению.
Изобретение относится к сплавам аккумуляторов водорода. Сплав Ni-B с дефектами структуры, который получен путем кристаллизации расплава Ni-B под воздействием импульсного электрического тока, предложено применять в качестве аккумулятора водорода.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению пористых металлических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может использоваться в медицинской имплантологии. Пористый сплав на основе никелида титана получают из шихты, уплотненной до пористости 45-50% при температуре предварительного подогрева 400-450°С. Полученный пористый сплав подвергают нескольким циклам химического травления в растворе азотной и плавиковой кислот до появления металлического блеска, после чего образец погружают в воду на 10-12 часов. Ускоряется прорастание тканей и повышается долговечность функционирования пористого имплантата в организме за счет оптимизации размеров пор и перегородок, уменьшения их разброса, а также увеличения их удельной поверхности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, при низкотемпературном формировании исходной формы изделий из материалов с термоупругими мартенситными превращениями. Способ термомеханической обработки полуфабрикатов из сплава никелида титана включает термоциклирование через интервал обратного мартенситного превращения. Термоциклирование начинают из мартенситного состояния при температуре 23°C и осуществляют в интервале температур до 142°C под действием постоянных растягивающих напряжений на этапах нагрева и охлаждения, причем отношение значений напряжений на этапах нагрева к напряжениям на этапах охлаждения равно 4. Получают высокие значения сверхпластической деформации. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 пр.

Наверх