СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
STABILISATION OF MECHANICAL PARAMETERS OF PARTS FROM HARD ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки металлов и металлических сплавов, например, резанием.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ стабилизации электрических характеристик полупроводниковых приборов после радиационной обработки посредством стабилизирующего отжига [1]. Сущность этого способа состоит в облучении полупроводниковых приборов большими дозами ионизирующего излучения с последующим отжигом радиационных дефектов таким образом, чтобы оставшаяся их часть обеспечивала придание приборам требуемых свойств. К недостаткам способа следует отнести большую длительность процесса облучения и необходимость использования относительно высоких температур отжига.
Предлагаемое изобретение направлено на упрощение способа и применение его к иному классу задач: стабилизации механических характеристик твердосплавных изделий, облученных сравнительно малыми дозами ионизирующей радиации.
12
2
Указанный результат достигается тем, что облучение твердосплавных изделий быстрыми электронами ведут флюенсами, меньшими 10 эл./см, а стабилизирующий отжиг проводят в интервале температур от 200 до 350 градусов Цельсия.
Отличительными признаками заявляемого изобретения являются:
12
2
- использование флюенсов быстрых электронов, меньших 10 эл/см,
- интервал температур стабилизирующего отжига от 200 до 350 градусов Цельсия.
Верхний предел флюенсов используемых в изобретении быстрых электронов определен нами экспериментально при исследовании дозовой зависимости микротвердости облученных образцов твердого сплава ВК8. Интервал температур стабилизирующего отжига определен нами экспериментально в процессе исследований изохронного и изотермического отжигов и последующего старения облученных образцов твердого сплава ВК6.
Сущность заявленного изобретения поясняется нижеследующим описанием.
v
В качестве метода исследования механических характеристик твердых сплавов использовали измерение микротвердости [2]. Микротвердость является интегральной характеристикой целого ряда механических свойств: предела упругости, модуля упругости, пластичности, прочности и др. [3]. Микротвердость по Виккерсу H определяется выражением
<mrow><msub><mi>H</mi><mi>v</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1854</mn><mo>⋅</mo><mi>P</mi></mrow><mrow><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где P - нагрузка, d - диагональ отпечатка, оставляемого на поверхности исследуемого материала алмазной пирамидкой микротвердомера.
v
2
Если Р выражено в Г, a d - в микронах, то размерность H - кГ/мм. В микротвердомере ПМТ-3, которым пользовались при измерениях, для получения значений d в микронах разность отсчетов по лимбу прибора Δ необходимо умножить на 0,3. Отсюда получаем удобную расчетную формулу
<mrow><msub><mi>H</mi><mi>v</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>к</mi><mi>Г</mi><mo>/</mo><mi>м</mi><msup><mi>м</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>206</mn><mo>⋅</mo><mi>Р</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>Г</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msup><mi>Δ</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
v
которой пользовались при определении H.
v
eff
Поскольку в формулах (1) и (2) в знаменателе стоит квадрат d или Δ, при вычислении H относительная погрешность удваивается по сравнению с относительной погрешностью определения d или Δ. Поэтому в дальнейшем на фиг.1-5 приведены значения d=Δ.
11
2
12
2
11
2
В ходе исследования дозовой зависимости облученных быстрыми электронами образцов твердого сплава ВК8 обнаружено измерениями на микротвердомере ПМТ-3, что флюенс Ф=1·10 эл/см обеспечивает максимальное увеличение микротвердости облученных образцов, тогда как при переходе к флюенсу Ф=1·10 эл/см наблюдается резкое падение значений микротвердости (см. табл.1). Поэтому при исследовании стабилизирующего отжига выбрали единое значение флюенса быстрых электронов, равное 1·10 эл/см.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mi>σ</mi></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mi>σ</mi></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>−</mo><mi>σ</mi></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mi>σ</mi></mrow>
Результаты исследований старения образцов твердого сплава ВК6 после стабилизирующих отжигов представлены на фиг.1-5. На них зависимости
как функции от времени старения изображены сплошными толстыми линиями темно-синего цвета. Тонкими линиями малинового цвета изображены значения
, где σ - среднее квадратическое отклонение, тонкими линиями красного цвета - значения
. Штриховыми линиями темно-синего цвета, параллельными оси абсцисс, обозначены интервалы значений
,
после облучения быстрыми электронами до отжигов.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
стар
отж
стар
На фиг.1 приведен график
от t для образца №XII-6, подвергнутого термообработке при T=200°C. Большинство экспериментальных точек
лежит в пределах погрешности измерений
после электронного облучения, отмеченных пунктирными линиями, параллельными оси абсцисс. Лишь некоторые точки
(при t=50,65 и 140 дн.) лежат ниже полосы погрешностей, т.е. здесь микротвердость значимо выше, чем после облучения. Таким образом, можно сделать вывод, что изотермический отжиг при 200°C стабилизирует по крайней мере на полгода микротвердость на облученной электронами поверхности образца.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>27,0</mn><mo>±</mo><mn>0,7</mn></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>л</mi></mrow></msub></mrow>
стар
стар
На фиг.2 приведен график
от t для образца №XII-5, старение которого было исследовано после последней точки изохронного отжига, равной 280°C. Все экспериментальные точки (кроме одной
при t=67 дн.) лежат внутри полосы погрешностей
.
Итак, отжиги как при 200°С, так и при 280°С приводят к требуемым результатам: либо к сохранению значений микротвердости, созданных облучением, либо к увеличению этих значений.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>л</mi></mrow></msub></mrow>
стар
На фиг.3 приведен график
от t для образца №XII-9, старение которого исследовано после изотермического отжига в вакууме при температуре 350°C. Почти все экспериментальные точки лежат внутри полосы погрешностей
.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>л</mi></mrow></msub></mrow>
стар
v
стар
На фиг.4 приведен график
от t для образца №XII-7, старение которого исследовано после изотермического отжига в вакууме при 400°C. На графике вначале наблюдается уменьшение
(т.е. увеличение H), но начиная с t=39 дн. происходит существенное увеличение
, причем оно выходит за пределы полосы погрешностей
.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>d</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>e</mi><mi>f</mi><mi>f</mi><mtext> </mtext><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>л</mi></mrow></msub></mrow>
стар
стар
На фиг.5 приведен график
от t для образца №XII-8, старение которого исследовано после изотермического отжига в вакууме при 500°C. Ход
(t) подобен ходу
для Т=400°C, но, по-видимому, вследствие больших значений погрешностей, чем на фиг.4, на фиг.5 значения
, как правило, лежат внутри полосы погрешностей
.
Итак, можно сделать вывод, что отжиг в интервале температур 200°C-350°C приводит к стабилизации значений микротвердости после электронного облучения, а следовательно, и механических характеристик твердых сплавов.
Источники информации
1. Радиационные методы в твердотельной электронике / Вавилов B.C., Горин В.М., Далинин М.С., Кив А.Е., Муров Ю.Л., Шаховцов В.И. // М.: Радио и связь, 1990. - 184 с.
2. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов. М.: Металлургия, 1969. - 248 с.
3. Современная кристаллография. М.: Наука, 1981. - Т.4. Физические свойства кристаллов. Гл.2. Урусовская А.А. Механические свойства кристаллов. - С.47-152.