СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЛИННОМЕРНЫХ ЗАГОТОВОК С МЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
METHOD OF LONG-MEASURING BLANKS RECEIVING WITH FINE-GRAINED STRUCTURE

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам получения заготовок с заданными физико-механическими свойствами и структурой металла. Способ может быть использован для получения длинномерных заготовок и готовых изделий из титана или других металлов с формированием в них мелкозернистой структуры, в том числе субмикрокристаллической и нанокристаллической.
Известен способ получения заготовок с мелкозернистой структурой, включающий пластическое деформирование заготовки в заданных термомеханических условиях прессованием в инструменте, имеющем контейнер, пуансоны и расположенный в канале контейнера профилирующий инструмент с полостью, который обеспечивает направление течения металла заготовки и образует зону интенсивной пластической деформации. Перед введением заготовки в зону интенсивной пластической деформации в ней создают объемно-напряженное состояние всестороннего сжатия путем воздействия пуансоном и подпора через объем порошкового материала, которым заполняют полость профилирующего инструмента, а при создании интенсивной пластической деформации осуществляют вращение инструмента или его части [Патент РФ №2277992, МПК B21J 5/00, В21С 23/04, C22F 1/00, 2006.06.20].
Обработка длинномерных (по несколько метров длиной) заготовок по данному способу невозможна, так как длина заготовок ограничена пуансонами, и, кроме того, с увеличением длины заготовки растет площадь контакта ее с инструментом, что приводит к возрастанию сил трения, для преодоления которых требуются более мощные прессы. По вышеназванным причинам, а также в связи с тем, что процесс обработки не является непрерывным, имеет место невысокая скорость обработки заготовок и, соответственно, низкая производительность. В известном способе также не предусматривается получение готовых изделий.
Известен способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, включающий винтовое прессование и равноканальное угловое прессование, в котором деформацию заготовок осуществляют в следующей последовательности: деформация, кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование. Для снятия внутренних напряжений заготовку дополнительно подвергают низкотемпературному отжигу [Патент РФ №2240197, МПК B21J 5/00, C22F 1/18, В21С 25/00 2004.11.20].
Как и в предыдущих аналогах, способ не годится для обработки длинномерных заготовок, обладает низкой производительностью, так как процесс обработки не является непрерывным, позволяет получать полуфабрикаты, а не готовые изделия.
Наиболее близким к предложенному является способ получения заготовок с мелкозернистой структурой [Патент РФ №2191652, МПК В21J 5/00, 04.04.2001], где пластическую деформацию заготовки осуществляют прессованием в контейнере через установленный в его канале прессования профилирующий инструмент, который направляет течение металла и создает совмещенную схему интенсивной пластической деформации: кручение-осадка-сдвиг без нарушения сплошности заготовки.
Недостатком известного способа является невозможность получения длинномерных заготовок и низкая производительность обработки.
Задачей изобретения является получение заготовок и готовых изделий неограниченной длины из титана или других металлов с мелкозернистой, в том числе с субмикрокристаллической и нанокристаллической, структурой, обладающих высокими прочностными свойствами, а также повышение производительности процесса.
Поставленная задача решается способом получения длинномерных заготовок с мелкозернистой структурой, включающим обеспечение интенсивной объемной деформации в материале заготовки, в котором в отличие от прототипа интенсивную объемную деформацию обеспечивают путем последовательного осуществления продольной прокатки кручения и формообразования заготовки в формообразующих валках.
Для достижения более высоких степеней деформации производят предварительный нагрев заготовки до температуры, не превышающей 0,3 температуры плавления металла.
С целью снятия внутренних напряжений заготовку после формообразования подвергают низкотемпературному отжигу.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана схема комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок. На схеме обозначено: заготовка 1, подающие валки 2, матрица с винтовым каналом 3, формующие валки 4.
Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок осуществляют следующим образом. В начале заготовка 1 прокатывается подающими валками 2, где получает деформацию в продольном направлении, затем поступает в матрицу с винтовым каналом 3, где осуществляется деформация кручением. Из винтового канала заготовку подают в формообразующие валки 4, в результате обработки которыми происходит образование заготовки или готового изделия с заданным профилем. В результате предложенного способа обработки обеспечивается интенсивная пластическая деформация, приводящая к формированию ультрамелкозернистой структуры металла. Усилие подпора, необходимое для достижения более высоких степеней деформации, осуществляется за счет разности скоростей истечения металла в процессе продольной прокатки валками и в винтовом канале матрицы. Площадь контакта заготовки с инструментом незначительная (подающие и формообразующие валки и винтовой канал), что ведет к уменьшению сил трения, действующих на заготовку, более высокой скорости обработки по сравнению с аналогами, а следовательно, и к более высокой производительности процесса.
Пример реализации способа.
Брали исходную горячекованую заготовку из технически чистого титана марки ВТ1-0 в виде прутка диаметром 25 мм и длиной 1000 мм. Пруток подвергали обработке по описанному способу при температуре 20°С, в результате чего была достигнута степень деформации е=9.
После обработки заготовку подвергли низкотемпературному отжигу.
После осуществили контроль параметров и механических свойств.
Усредненные результаты механических испытаний по трем образцам сведены в таблице. Для сравнения приведены данные после обработки винтовым прессованием с равноканальным угловым прессованием (РКУ).
Состояние образцов
Направление вырезки образцов
σ<sub>в</sub>, МПа
σ<sub>0,2</sub>, МПа
δ, %
Винтовое прессование+РКУ (3 прохода)
Вдоль
8.11
730
30
Поперек
817
737
28
Прокатка+винтовое прессование+формообразование
Вдоль
820
743
27
Поперек
825
747
25
где σ<sub>в</sub> - предел прочности на разрыв;σ<sub>0,2</sub> - условный предел текучести на разрыв;δ - относительное удлинение после разрыва.
При меньшем количестве проходов прочность готового изделия по предложенному способу выше, чем у прототипа.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет получать заготовки или изделия готового профиля практически неограниченной длины, обладающие высокими прочностными свойствами. Обеспечивается высокая производительность процесса ввиду его непрерывности и высокой скорости и, кроме того, снижается стоимость обработки, так как в изобретении не используется дорогостоящее прессовое оборудование, применяемое обычно в устройствах для обработки металлов и сплавов.