способ термомеханического упрочнения металлов с гранецентрированной кубической (гцк) структурой
Классы МПК: | C22F1/00 Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов термообработкой или горячей или холодной обработкой |
Автор(ы): | Камышанченко Николай Васильевич (RU), Неклюдов Иван Матвеевич (UA), Гальцев Александр Владимирович (RU), Беленко Владимир Алексеевич (RU), Дурыхин Михаил Иванович (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-05-17 публикация патента:
27.12.2011 |
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 H I=0,3 0,2, на втором этапе H II=0,5 0,2, на третьем этапе H III=0,7 0,2, на заключительном этапе H IV=0,9 0,2. 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.
Формула изобретения
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 H I=0,3 0,2, на втором этапе H II=0,5 0,2, на третьем этапе H III=0,7 0,2, на заключительном этапе H IV=0,9 0,2, 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.
Описание изобретения к патенту
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 ( 0,2, B) 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 H I=0,3 0,2 до H IV=0,9 0,2 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 H I=0,3 0,2, на втором этапе величина нагружения составляет H II=0,5 0,2, на третьем этапе H III=0,7 0,2, на заключительном этапе H IV=0,9 0. 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 0,2 и прочности B, что, несомненно, свидетельствует об эффективности предлагаемого способа обработки.
Таблица 1 | ||||
№ | Материал | Способ обработки | Полученные свойства материала | |
В, МПа | 0,2, 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 нI=0,3 0,2, на втором этапе нII=0,5 0,2, на третьем этапе нIII=0,7 0,2, на заключительном этапе нIV=0,9 0,2 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 нI=0,3 0,2, на втором этапе нII=0,5 0,2 на третьем этапе нIII=0,7 0,2, на заключительном этапе нIV=0,9 0,2 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.
Класс C22F1/00 Изменение физической структуры цветных металлов или их сплавов термообработкой или горячей или холодной обработкой