Способ деформирования металлов и устройстводля его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 11, 02. 332531/22-2 оед ением заявки С 22 Р 3/ В 21 ) 5/ арственнык ком СССР едам изобрете н открытийтет Прио тетллетень М 2 28 Опубликовано 30,К 621,783 (088.8) бликоваии исания 30.07.81 та 72) Автор кзобретени алалаев витель Воронежский политехнический инст(54) СПОСОБ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕН сится к области с изменением их ния, в частност тво для ре- деформирое колебатель- ционно-индукзбуждения и но-частотс частотным1 дете- ряже- ырех 20 спосополемив еговаяьтра 30 Изобретение отнообработки металловструктурного состоя и без формоизменения.Известен способметаллов путем воздковым полем.Известно также устройсализации данного способавания металлов, содержащеную систему, магнитостриктивный четырехполюсник воблок регистрации амплитудного спектра ультразвукадетектором 11 1.Известный способ деформирования, как и устройство для его реализации обладают ограниченными возможностями в обработке металлов с точки зрения степени деформации и скорости протекания процесса.Целью изобретения являются увеличение степени деформации и повышение скорости протекания процесса.Для этого по предлагаемому бу воздействие ультразвуковым на металл осуществляют, помест в охлаждающую среду и поддержи температуру металла нагрева ул звуком. 5деформнрованияействля ультразвуПредлагаемое устройство для осуще твления этого способа снабжено камерой охлаждения, а также электрической цепью автоматического регулирования, режима ультразвукового нагрева, содержащей источник опорного напряжения, интегратор, входной сумматор, масштабные усилители и выходной сумматор, при этом входной сумматор электрически связан с частотным ктором и источником опорного нап ния, а выходной сумматор - с чет полюсником возбуждения. Осуществление значительных степеней деформации предлагаемым способом стало возможным благодаря повышению плотности тепловой мощности ультразвукового нагрева металла в результате более интенсивного отвода тепла в охлаждающую среду и использование управляемого установившегося режима нагрева, обеспечиваемого автоматическими средствами, Способ деформирования ультразвуком может быть реализован на пластичных моно- и поликристаллических материалах: железе, никеле, молибдене, конструкционных и нержавеющих сталях, жаропрочных сплавах и т.д.607446 40 в таблице,Примечание 9 Рп/п Степеньдеформации Времядеформации Охлаждающая среда Материал 5 мин 3 1033 4 мин 210 1. Армко-железо2. Никель Н 1 вода скорость масло 20 мин 2.1045 мин 3 103 деФормация поРядка 10 секжидкийазот 3. Монокристалл молибдена 4 Сталь 20,35,415. Сталь ЗОХГСА масло воздух 15 мин б 10давлен.ультразвук. 50 г Чб, Сталь 17 ГС б мин 3 10 воздух 7. Нержавеющаясталь 1 Х 18 Н 9 Т,1 Х 13, Х 16 Нб8. Жаропрочныесплавы ЭИ 437,ЭИ 696 И Частота 2122 кГц 50 мин Зс 10 вода Э 10 мин 1 ф 10вода Температурный интервал 500-1300 С обусловлен принципом целесообразности и необходимости при проведении процесса на всех видах металлических материалов.Ультразвуковой нагрев происходит эа счет работы, совершаемой быстро- переменным силовым полем на перемещение с определенной скоростью дисло каций. Так как дислокации движутся взад и вперед в циклах сжатия и растяжения реверсивно, то Формоиэменения тела не происходит. Но признаком протекания высокоскоростной пластической деформации является высокотемпературный эффект. Напряжение ультразвука является аналогом электрического напряжения, а поток дислокаций аналогом потока электронов.При электронагреве измеряют величины электрического напряжения и тока, а при ультразвуковом нагреве механическое напряжение ультразвука и величины деформации (скорость, количество, степень и др.). Мерой ме, ханического напряжения ультразвука является величина сигнала амплитудного детектора колебательной системы, а мерой деформации - величина изменения сигнала частотного детектора. Последнюю можно связать со скоростью деформации, количеством деФормации, степенью и др.Пример осуществления способа деформирования условия протекания процесса при обработке стержня из нержавеющей стали в жидком азоте, В этом случае сигнал амплитудного детектора ультразвукового нагревателя был равен значениц Ь , а частотного детектора Е , плотность тепловой мощности в горячей зоне соответственно составила ц 1 = ) б . При удалении камеры с азотом температура образцазначительно повышается, для обеспечения ранее выбранной температуры необходимо уменьшить напряжение (амплитуду) ультразвука до значения бчто соответственно приводят к уменьшению сигнала частотного детектора дозначения ЕГ . Наоборот, если вкамеру залить воду, то цвет каленияисчезнет. Для восстановления прежнего цвета каления образца в воде необходимо увеличить напряжение ультразвука (сигнал амплитудного детектора)до значения 67 6;, что соответственноприведет к увеличению сигнала частотного детектора до значеня с 7 К. 5 Пусть= 100 кал/см.сек и О500 кг/см , тогда Я = 8,4 секПри охлаждении вдой 9 = 200 кал/сМсек и Йъ =. 600 кг/см, поэтому Я =14 сек, скорость деформация увеличилась приМерно в 1,7 раза, Соответственно и степень деформации на заданном отрезке времени увеличится в 1,7 раза. Следовательно, для повышения степени деформации на заданном отрезке времени (или для сокращения времени процесса при заданной степени деформации) выгодно помещать ме- Фалл в охлаждающую среду и испольэоать автоматическую систему регулирования процесса деформярования.Способ деформярования ультразвуком был опробован на пластичных моно- и поликристаллическях материалах армко-железе, никеле, монокристаллах молибдена электронно-лучевой плавки, конструкционных сталях 20, 35, 45, ЗОХГСА, 17 ГС, нержавеющих сталях 1 Х 18 Н 9 Т, 1 Х 13, Х 16 Нб, жаропрочных сплавах ЭИ 437, ЭИб 96 М,Результаты испытаний представленыНа чертеже изображена схема ультразвукового устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство содержит охлаждающуюкамеру 1, которая установлена безжесткой акустической связи с ультра 5звуковой системой и заполнена охлаждающей средой (водой, маслом, жидкимазотом и т,п.), четырехполюсникэлектромеханического возбуждения резонатора, образованный индуктивнымдетектором 2 колебаний, блоком 3 амплитудно-частотного преобразованиясигнала датчика, электронным регулятором 4 возбуждающего напряжения,усилителем 5 напряжения и мощности,магнитострикционным пакетом б и блоком 7 регистрации амплитудно-частотного спектра колебаний с частотнымдетектором. Блок 7 соединен с цепьюавтоматического регулирования режимаультразвукового нагрева, работающей 2 Опо принципу интегрирования сигналарассогласования частоты и опорногонапряжения. Эта цепь образована входным сумматором 8, источником 9 опорного напряжения, точным делителем10 напряжения, масштабными усилителями 11 и 12, интегратором 13 и выходным сумматором 14, который связан суправляющим электродом регулятора 4в четырехполюснике возбуждения.ЗОПо схеме регулятор 4 представляетсобой обычный ламповый или полупроводниковый каскад, коэффициент передачи напряжения которого зависит отпотенциала на управляющем электооде(аноде, сетке, базе и т.п.). Рольчастотного детектора в блоке 7 выполняет узкополосный усилитель срасстроечным резонансным КСС-контуром или двухтактный симметричныйчастотный детектор мостового типа.4 ОВС-параметры схем подбираются такими, чтобы амплитуда выходного сигнала почти линейно зависела от частоты в диапазоне ее девиации,Деформируемое тело 15 соединяетсяс колебательной системой, а камера 1заполняется охлаждающей средой. Всистеме возбуждаются собственные продольные колебания до наступления деформации и нагрева тела в областимаксимального давления стоячей волныультразвука, в момент выхода ультразвукового нагрева на установившийсярежим при заданной температуре включается цепь автоматического регулирования, Сигнал частотного детектора,зависящий от скорости деформации итемпературы тела, поступает на сумматор 8, где алгебраически суммируется с опорным напряжением, подава-.емым от источника 9. Положительное . Щили отрицательное напряжение рассогласования преобразуется по пропорциональному и интегральному законамусилителями 11 и 12 и интегратором 13.На выходе сумматора 14 вырабатывает ся управляющее напряжение. В первыемоменты времени при появлении сигнала рассогласования схема работаетчерез усилитель 12 как система пропорционального регулирования с большимбыстродействием, В дальнейшем схеманачинает работать как система интегрального регулирования, так как стечением времени начинает преобладатьнапряжение на выходе интегратора,В итоге петля регулирования устанавливает такую величину напряженияна магнитострикционном преобразователе, что скорость течения и температура горячей зоны тела будет соответствовать заданному опорным напряжением уровню, несмотря на возможныеиэмснения сопротивления пластическойдеформации и другие эффекты при выбранных температурно-скоростных условиях деформирования. Уронень скорости деформации и температура горячейэоны могут задаваться постояннымиили плавно изменяющимися во временис помощью блока воспроизведения временных функций опорного напряжения.Источник опорного напряжения, масштабные усилители, сумматоры и интегратор построены по известным схемамна базе операционных усилителей постоянного тока с большим коэффициен=том усиления, например на базе операционных усилителей и блоков аналогоьой вычислительной машины МН.Воспроизведение временных Функцийопорного напряжения (линейных, экспоненциальных,синусоидальных, пилообразных и др,) осуществляется интеграторами, функциональными преобразователями и другими элементами, набираемыми н нужных сочетанияхВеличины сопротивления и конденсаторов на входе и в цепях обратнойсвязи усилителей подбираются так,чтобь; обеспечилось требуемое качес)тво и устойчивость регулированиярежима деформирования тела.Использование предлагаемого способа и устройства повышает скоростипротекания процесса деформирования,увеличивает степени деформации обрабатываемых металлов (степень деформации достигает порядка 10 -104),2.максимально сближает процесс нагреваи пластическую. деформацию и превращает их в практически единый физическийпроцесс,Формула изобретения1. Способ деформирования металлов путем воздействия ультразвуковым полем, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения степени деформации и повышения скорости протекания процесса, воздействие ультразвуковым полем на металл осуществляют, поместив его н охлаждающую среды607446 Составитель А.Быстдактор Н.Ахмедова Техред А. Ач то Ко По писн 81 дого комитета СССРий и открытийРаушская наб., д.4/5 лиал ППП "Патент", г,ужгород, ул. Проектная,и поддерживая температуру металла нагрева ультразвуком.2. Устройство для осуществления способа деформирования металлов по п.1, содержащее колебательную систему, магнитострикционно-индуктивный четырехполюсник возбуждения и блок регистрации амплитудно-частотного спектра ультразвука с частотным детектором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено камерой охлаждения, а также электрической цепью автоматического регулирования режима ультразвукового нагрева, содержащей каз 5789/41 Тираж.ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж, источник опорного напряжения, интегратор, входной сумматор, масштабныеусилители и выходной сумматор, приэтом входной сумматор электрическисвязан с частотным детектором н источником опорного напряжения, а выходной сумматор - с четырехполюсником возбуждения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Журнал "Теплофизика высоких температур", И., АЯ СССР, т.8. 1970,с.859-862.