СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ С ГРАНЕЦЕНТРИРОВАННОЙ КУБИЧЕСКОЙ (ГЦК) СТРУКТУРОЙ
PROCEDURE FOR THERMO-MECHANICAL STRENGTHENING METALS WITH FACET-CENTRED CUBIC (FCC) STRUCTURE

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].
0,2
B
К недостаткам известного способа обработки относятся незначительное увеличение прочностных характеристик (σ, σ) 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.
H
0,2
H
0,2
I
IV
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 σ =0,3σ до σ =0,9σ 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.
H
0,2
H
0,2
H
0,2
H
0
I
II
III
IV
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 σ =0,3σ, на втором этапе величина нагружения составляет σ =0,5σ, на третьем этапе σ =0,7σ, на заключительном этапе σ =0,9σ. 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.
0,2
B
Анализ полученных результатов (таблица 1) свидетельствует о том, что в случае обработки по предлагаемому способу по сравнению с прототипом существенно повышается предел текучести σ и прочности σ, что, несомненно, свидетельствует об эффективности предлагаемого способа обработки.
Таблица 1
№
Материал
Способ обработки
Полученные свойства материала
σ<sub>В</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, 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 σн<sup>I</sup>=0,3σ<sub>0,2</sub>, на втором этапе σн<sup>II</sup>=0,5σ<sub>0,2</sub>, на третьем этапе σн<sup>III</sup>=0,7σ<sub>0,2</sub>, на заключительном этапе σн<sup>IV</sup>=0,9σ<sub>0,2</sub> 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 σн<sup>I</sup>=0,3σ<sub>0,2</sub>, на втором этапе σн<sup>II</sup>=0,5σ<sub>0,2</sub> на третьем этапе σн<sup>III</sup>=0,7σ<sub>0,2</sub>, на заключительном этапе σн<sup>IV</sup>=0,9σ<sub>0,2</sub> 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
2. Способ термомеханической обработки металлов. Авторы: Гиндин И.А., Неклюдов И.М., Слезов В.В., Камышанченко Н.В. А.С. 692904, СССР, МКИ 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.