СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF THERMOMECHANICAL PROCESSING OF PURE METALS

Изобретение относится к способам улучшения механических свойств и увеличения долговечности чистых металлов и изделий из них и может быть использовано в самолетостроении, теплоэнергетике и других отраслях промышленности.
Известно, что закалка от высоких температур способствует образованию в объеме металлов сверхравновесного состояния из точечных дефектов (в основном, вакансий) и их комплексов. Образовавшаяся структура способствует повышению некоторых механических параметров. Однако последующее повышение температуры не только ускоряет процесс отжига и образования новой дефектной структуры, но заметно улучшает некоторые физико-механические свойства металлов. Работы Кауфмана и Келера [1] и последующие исследования [2, 3] установили, что скорость отжига сверхравновесных точечных дефектов, введенных закалкой, увеличивается пластической деформацией, которая позволяет увеличить число стоков для вакансий [4]. Увеличение плотности стоков является основной причиной не только увеличения скорости отжига, но и повышения механических параметров. Однако при знакопеременном нагружении эти характеристики заметно уменьшаются за счет влияния эффекта Баушингера [5…14].
Были предложены и методы подавления или уменьшения влияния эффекта Баушингера на прочностные свойства металлов и сплавов [15…24].
Наиболее близким к заявляемому является способ термомеханической обработки чистых металлов, таких как алюминий, медь, никель, молибден и др. [24], включающий:
- закалку при температуре на 10-100°С ниже температуры плавления с последующим охлаждением в воде или в масле при 273 К;
- последующую пластическую деформацию при температуре 77 К с остаточной величиной деформации 0,3-0,6%;
- старение при температуре 300-700 К.
В частности, никель согласно этому способу, закалялся от 1370 К в масле, деформация осуществлялась при 77 К с величиной остаточной деформации, не превышающей 0,5%, и старение производилось при 400 К. Недостатком указанного способа является малоэффективное использование вакансионных дефектов и их комплексов, полученных закалкой от высоких температур из-за низкой плотности дислокаций, образованных в процессе деформации с остаточной величиной 0,3-0,6%.
Исходя из вышеизложенного задачей предлагаемого изобретения является снижение эффекта Баушингера на прочностные свойства чистых металлов.
Техническим результатом является увеличение не только концентрации вакансий и вакансионных комплексов, но и плотности дислокаций.
Н
0,2
Задача решается за счет изменения величины остаточной деформации до 1,8-2,0% и проведения последующего старения под напряжением σ=(0,3-0,9)σ при температуре 300÷700 К, но не превышающей температуры рекристаллизации исследуемого металла.
Предлагаемый способ отличается следующими признаками:
- осуществление после закалки от предплавильных температур деформации в пластической области с остаточной величиной в пределах 1,8-2,0%,
0,2
- проведение старения под напряжением σН=(0,3-0,9)σ при температуре 300÷700 К, но не превышающей температуры рекристаллизации металла.
Новизна подтверждается тем, что в уровне техники не обнаружены технические решения с предложенной совокупностью признаков.
Изобретательский уровень подтверждается тем, что впервые установлено влияние деформационного старения под напряжением на величину подавления эффекта Баушингера.
-3
Промышленная применимость подтверждается результатами исследований, проведенных на образцах никеля марки Н0. В качестве примера приведены результаты обработки трех партий никеля марки Н0. Образцы в виде пластины 3×0,7 мм вырезали из полосы вдоль проката, подвергали отжигу в печи при температуре 1373 К в вакууме 10 мм рт.ст. в течение 120 минут. Отожженные образцы были разделены на три равномерные партии.
К первой партии были отнесены отожженные образцы.
Образцы второй партии подвергали дополнительной закалке от 1373 К в воду.
H
0,2
Образцы третьей партии сначала, как и во второй партии, закаляли от 1373 К в воду, затем деформировали при 77 К с остаточной величиной деформации в пределах 1,8-2,0% и подвергали старению под нагрузкой σ=0,5σ при 400 К.
Обработанные образцы подвергали знакопеременному нагружению с радиусом обжатия 35 мм при комнатной температуре и разрывали при 77 К. Сравнительные результаты исследования никеля трех партий представлены в таблице.
Как видно из примеров, приведенных в таблице, на образцы третьей партии, обработанные по предложенному способу, влияние эффекта Баушингера на предел текучести существенно ниже.
Источники информации
97
1. Kauffman J.W., Koehler J.S. Phys. Rev., , 555 (1955).
107
2. Bauerle J.E., Koehler J.S. Phys. Rev., , 1994 (1957).
8
3. Meshii M., Kauffman J.W. Acta Met., , 815, (1960).
4. Kuhlmann-Wilsdorf D., Maddin R., Wilsdorf H.D.F. «Strengthening Mechanismus in Solids» (Am. Soc. Metals, 1962).
3
5
5. Masing G., Wess. Ver. Siemens Konzein, , 231, 1924; , 135, 142, 1926.
44
6. Wooley R.W. Phil. Mag, , 597, 1953.
182
7. Wood W., Smiyh S. Proc. Roy. Coc. A., , 991, 1944.
18
8. Ровинский Б.М. ЖТФ, , 1273, 1948.
1
9. Васильев Д.М. ФТТ, , 1736, 1959.
4
10. Newten С.Т. «T.Res. Nat. Bur.Standards», C65, , 265, 1961.
11. Коттрелл A.X. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. - М.: Металлургиздат, 1958.
43
12. Mott N.F. Phil. Mag. , (VII), №346, 1151, 1952.
29
13. Ровинский Б.М., Рыбакова Л.М. ФММ, , 1081, 1970.
14.Башмаков В.Н., Неклюдов И.М., Яковенко Н.Г. ФММ, т.31, вып.2, 1971.
23
15. Faniche W., Stalte Е., Kugler Т. «Techn. Mitt. Krupp», , 117, 1965.
12
16. Гиндин И.А., Бобонец И.И., Неклюдов И.М., Украинский физический журнал, , №17, 1192, 1967.
17. Гиндин И.А., Лапиашвили Э.С., Наскидашвили И.А., Неклюдов И.М. Проблемы прочности, №8, 1972, с.118-120.
45
18. Saks G., Shoji Н. Zeitschr. Fur Physik, , 776, 1927.
30
19.Грачев С.В., Григорьева В.Н. ФММ, , 819, 1970.
20. Гиндин И.А., Стародубов Я.Д. ФТТ, 2, 1070, 1960.
21. Гарбер Р.И., Гиндин И.А., Стародубов Я.Д. ФТТ, 1, 1959.
22. Гарбер Р.И., Неклюдов И.М., Перунина Л.М. ФММ, №11, 1961, с.108-111.
23. Неклюдов И.М., Камышанченко Н.В. Физические представления о путях повышения прочности кристаллических тел./Сб. «Исследование механического сопротивления материалов и конструкций» // Труды МИСИ им. В.В.Куйбышева и БТИСМ им. И.А.Гришманова. - М.: т.5, вып.20, с.80 - 114.
24. Гиндин И.А., Неклюдов И.М., Бобонец И.И., Камышанченко Н.В. Способ термомеханической обработки чистых металлов. А.С №378532, М.Кл. С22f 1/00, СССР, 1973.