ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок

Классы МПК:B21J5/06 для выполнения особых операций 
C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов 
B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-04-08
публикация патента:

Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано для получения нанокристаллических заготовок металлов и сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами. Производят равноканальное угловое прессование цилиндрической заготовки. При этом в металле заготовки формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм. Затем заготовку разрезают на диски, каждый из которых подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков. Деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа при количестве оборотов бойков nспособ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 2. При этом обеспечивают формирование однородной нанокристаллической структуры с размером зерна способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 100 нм. В результате улучшаются физико-механические свойства обрабатываемого металла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к обработке материалов давлением и может быть использовано для получения нанокристаллических заготовок металлов и сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами для применения в машиностроении, авиадвигателестроении, в медицине для изготовления имплантатов.

Известен способ обработки металлов равноканальным угловым прессованием (РКУП), по которому в металле получают ультрамелкозернистую (УМЗ) структуру, обеспечивающую улучшение физико-механических характеристик (Сегал В.М. Пластическая обработка металлов простым сдвигом / В.М. Сегал, В.И. Резников, А.С. Дробышевкий, В.И. Копылов // Известия АН СССР. Металлы. - 1981. - С.115-123). РКУП заключается в деформации заготовок сдвигом в зоне пересечения каналов равного сечения. Заготовка неоднократно прессуется в специальной оснастке через два канала с одинаковыми поперечными сечениями, пересекающимися обычно под углом от 90 до 120°. В случае труднодеформируемых материалов деформация осуществляется при повышенных температурах. Метод РКУП позволяет получить УМЗ-структуру с размером зерна около 200 нм в массивных образцах диаметром от 10 до 60 мм и длиной от 100 до 350 мм (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с).

Недостаток РКУП заключается в следующем. С его помощью невозможно измельчать зерно металла до нанокристаллического (НК) состояния с размером зерна менее 100 нм (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с).

Известен другой способ обработки металлов и сплавов - интенсивная пластическая деформация кручением под высоким давлением (ИПДК). ИПДК позволяет достигать наиболее высоких степеней деформации способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 и формировать НК структуру в материалах. Схема деформации была предложена П.В. Бриджменом (Бриджмен П. Исследования больших пластических деформаций и разрыва. Влияние высокого гидростатического давления на механические свойства материалов / П. Бриджмен; пер. с англ. А.И. Лихтера; под ред. Л.Ф. Верещагина. - М.: Ин. лит-ра, 1955. - 444 с).

Недостатки известного способа заключаются в следующем. Известно, что при ИПДК степень деформации е зависит от радиуса г образца по формуле: способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 , где e - логарифмическая степень деформации, n - число оборотов бойков (наковален), к и д - соответственно радиус и толщина образца в точке, в которой определяется степень деформации. В связи с этим структура образцов после ИПДК при малом числе оборотов бойков неоднородна (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с). Для достижения в образце однородной наноструктуры методом ИПДК требуется достаточно большое число оборотов (обычно nспособ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 5), что при необходимых для реализации процесса больших давлениях (5 ГПа и более) может приводить к разрушению образца и оснастки.

Наиболее близким к заявляемому является способ комбинированной интенсивной пластической деформации (RU 2240197, МПК B21J 5/00, C22F 1/18, опубл. 20.11.2004), в котором процесс осуществляют в следующий последовательности: деформация кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование, при этом заготовку дополнительно подвергают низкотемпературному отжигу для снятия внутренних напряжений.

Недостатком прототипа является невозможность измельчать зерно металла до нанокристаллического (НК) состояния с размером зерна менее 100 нм, что не обеспечивает обрабатываемому материалу высоких физико-механических свойств.

Задачей изобретения является улучшение физико-механических свойств обрабатываемого металла, в частности повышение твердости, за счет создания в металле однородной наноструктуры с размером зерна менее 100 нм.

Поставленная задача решается способом комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, включающим деформацию кручением и равноканальное угловое прессование. В отличие от прототипа деформацию кручением осуществляют после равноканального углового прессования, при котором в цилиндрической заготовке формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм, затем заготовку разрезают на диски, а каждый диск подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков - верхнего и нижнего, причем деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа, при количестве оборотов бойков nспособ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 2, с обеспечением формирования однородной нанокристаллической структуры в заготовке с размером зерна способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 100 нм.

Согласно изобретению на поверхности нижнего бойка выполнена канавка.

Технический результат достигается сочетанием РКУП+ИПДК в указанных режимах, что позволяет сформировать в материале однородную нанокристаллическую структуру с размером зерна способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 100 нм, приводящую к повышению механических характеристик материала.

Способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе цилиндрическую заготовку подвергают РКУП при таких температурах и количестве циклов, которые обеспечивают формирование однородной УМЗ структуры в выбранном материале с размером зерна 200-300 нм.

После окончания этапа РКУП заготовку вынимают из оснастки и охлаждают до комнатной температуры. Проводится контроль микроструктуры и микротвердости в полученной заготовке.

После РКУП цилиндрическую заготовку разрезают на диски толщиной 0,8-1,5 мм. Далее заготовка-диск подвергается ИПДК при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа и количестве оборотов бойков n=1-2. В результате данной обработки происходит дополнительное измельчение зерна до размера способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 100 нм с формированием в материале заготовки НК структуры. После окончания ИПДК повторно проводят контроль микроструктуры и микротвердости образца.

Пример конкретного выполнения.

В качестве заготовки использовали пруток из титана Grade-4 диаметром 20 мм и длиной 80 мм. На первом этапе заготовку подвергали РКУП при температуре 450°C с числом циклов n=5. В результате в материале формировалась однородная УМЗ структура с размером зерна около 300 нм.

После окончания РКУП заготовку вынимали из оснастки и охлаждали до комнатной температуры. Проводился контроль микроструктуры и микротвердости полученной заготовки.

Затем заготовку разрезали на диски толщиной 1.1 мм и диаметром 20 мм.

На следующем этапе заготовку-диск подвергали ИПДК на бойках диаметром 20 мм с канавкой на поверхности нижнего бойка глубиной 0.7 мм, под давлением 6 ГПа и количестве оборотов бойков n=2. В результате ИПДК происходит дополнительное измельчение зерна материала заготовки, что приводит к формированию ПК структуры с размером зерна менее 100 нм по всему объему заготовки-диска. После окончания ИПДК повторно проводили контроль микроструктуры и микротвердости.

В таблице приведены сравнительные значения микротвердости в образцах из Ti Grade-4, полученных по традиционным схемам и по заявляемому способу.

Вид обработки Hv (микротвердость), МПа
3000 В центре образцаПо краю образца
РКУП способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 3000
ИПДК n=240005000
РКУП+ИПДК n=2 50005000

Из таблицы следует, что в результате обработки по заявляемому способу в материале заготовки получают однородную нанокристаллическую структуру и высокие показатели микротвердости.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить физико-механические свойства обрабатываемого металла, в частности повысить микротвердость, за счет создания в металле однородной наноструктуры с размером зерна менее 100 нм. Данная обработка позволяет получать наноструктурные образцы из титана и сплава TiNi, в том числе для изготовления медицинских имплантатов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ комбинированной интенсивной пластической деформации металлических заготовок, включающий деформацию кручением и равноканальное угловое прессование, отличающийся тем, что деформацию кручением осуществляют после равноканального углового прессования, при котором в металле цилиндрической заготовки формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм, затем заготовку разрезают на диски, а каждый диск подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков - верхнего и нижнего, причем деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа при количестве оборотов бойков nспособ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 2 с обеспечением формирования однородной нанокристаллической структуры в заготовке с размером зерна способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, патент № 2529604 100 нм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности нижнего бойка выполнена канавка.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2529604

patent-2529604.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B21J5/06 для выполнения особых операций 

Патенты РФ в классе B21J5/06:
способ получения алюминиевого композиционного материала с ультрамелкозернистой структурой -  патент 2529609 (27.09.2014)
способ обработки металлов и сплавов (варианты) и устройство для его осуществления -  патент 2528296 (10.09.2014)
способ равноканального углового прессования металла с применением во время деформации электропластического эффекта и ультразвука -  патент 2525966 (20.08.2014)
способ углового прессования -  патент 2519697 (20.06.2014)
штамп для углового прессования -  патент 2509621 (20.03.2014)
способ обработки заготовки деформированием с обеспечением комбинированной интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления -  патент 2506139 (10.02.2014)
способ получения ультрамелкозернистых структур прокаткой -  патент 2487960 (20.07.2013)
линия штамповки изделий из цилиндрических реозаготовок -  патент 2481171 (10.05.2013)
способ сферодинамической обработки инструмента для сферодвижной штамповки -  патент 2475328 (20.02.2013)
способ равноканального углового прессования заготовки -  патент 2475319 (20.02.2013)

Класс C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов 

Патенты РФ в классе C22F1/18:
способ изготовления заготовок из титана -  патент 2529131 (27.09.2014)
сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него -  патент 2525003 (10.08.2014)
способ изготовления тонких листов -  патент 2522252 (10.07.2014)
способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто-фазы -  патент 2520924 (27.06.2014)
сплав на основе гамма алюминида титана -  патент 2520250 (20.06.2014)
способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана -  патент 2514765 (10.05.2014)
способ ковки термомеханической детали, выполненной из титанового сплава -  патент 2510680 (10.04.2014)
способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой -  патент 2504598 (20.01.2014)
способ термической обработки литых заготовок из заэвтектоидных интерметаллидных сплавов на основе фаз -tial+ 2-ti3al -  патент 2503738 (10.01.2014)
наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него -  патент 2503733 (10.01.2014)

Класс B82B3/00 Изготовление или обработка наноструктур



Наверх