Способ изготовления изделий

01 ОЭ СОВЕТСКИХССЦФФВИИПЯРЕСПУБЛИН 09) (11) АНИЕ ИЗОБРЕТЕСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИ(71) Институт физики твердого телаАН СССР, Институт физики металловУральского научного центра АН СССРи Геологический институт АН СССР;(56) 1. Колмогоров В. Л. Напряжения,деформации, разрушение. М., "Металлургия", 1970, с. 213,2, Береснев Б,И., Мартынов Е. ДРодионов К. П., Булычов Д. К., Рябинин Ю. Н. Пластичность и прочностьтвердых тел при высоких давлениях.М., "Наука", 1970, с. 39.3. Патент США В 2892742,кл. 148-11.5, 1959 (прототип).4, Мюллер Ц., Блэкледж Д., Либович Дж. Гидриды металлов, М., Атомиздат, 1973, с, 115.(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ преимущественно из малопластичных металлов и сплавов,. способных поглощать водород, включающий гидрирование заготовки и ее деформирование, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности путем увеличения разовой степени деформации и улучшения качества изделий путем исключения поглощения из атмос- . феры примесей деформируемой заготовкой, последнюю гидрируют до концентрации водорода, соответствующей атомному отношению"водорода к материалу заготовки 0,03-0,8, а деформнрование а гидрированной заготовки осуществляют при 20-250 С и показателе напряженного состояния в очаге деформации 6 Т с -1, где б - среднее нормальное напряжеФние; Т - интенсивность касательныхнапряжений.Изобретение относится к областиобработки давлением металлов и спла"вов, способных поглощать водород, иможет быть использовано в процессаххолодного пластического Формоизмене" 5ния изделий из этих материалов вметаллообрабатывающих отраслях промышленности,Известны промьппленные способы обработки металлов давлением: прокатка,10волочение, прессование, штамповка,а также способы, либо представляющиесобой комбинации перечисленных, либоотличающиеся от них частными условиями, например применением жидко- .сти высокого давления при гидропрессовании. Современная теория обработки металлов давлением выделяет несколько характеристик, определяющихпроизводительность всякого процессаобработки металлов давлением. Наиболее важной характеристикой являетсястепень пластической деформации заодин проход - разовая степень деформации. Для конкретных процессовобработки вместо строгой теоретической величины на практике используютчастные показатели степени деформации: вытяжку для волочения и прессования - отношение площади попе- ЗОречного сечения иэделия до обработки к площади поперечногб сечения пос"фле обработки. Степень деформации,накопленная обрабатываемым материалом к моменту его разрушения, служит Змерой его пластичности Ъ р, Йа пластичность материала наибольшее влияние оказывает напряженное состояние,возникающее в очаге деформации приобработке давлением. Основной харак ртеристикой напряженного состояния является показатель напряженного состояния д /Т, определяемый через следующие инварианты тензора напряжений: б - среднее нормальное или гидростатическое напряжение, а Т - интенсивность касательных напряжений,вычисляемых однозначно для каждогоконкретного процесса. Отрицательныезначения означают преобладание в схе рме напряженного состояния сжимающихнапряжений, Пластичность металлов исплавов возрастает при уменьшениипоказателя Д /Т. Поэтому для повышения производительности процессов уобработки давлением за счет увеличения разовой степени деформацииуменьшают величину показателя напряженного состояния б /Т. Самые низкие значения показателя б /Т (до - 7) достигают согласно способам холодной обработки, дополнительно воздействуя на обрабатываемый материал в очаге деформации жидкостью, находящейся под высоким давлением 11 и 21.Однако воэможности дальнейшего увеличения разовой степени деформации, а следовательно, и производительности путем уменьшения показателя 1 /Т ограничены, так как дальнейшее уменьшение б /Т приводит к резкому повышению требований к прочности обрабатывающего.инструмен" 1та, требует дополнительных технологических разработок и усложнения процессов (например, повышения давления рабочей жидкости более чем до 1000- 1200 МПа - верхнего предела давлений в промьппленных способах), резкого увеличения материалоемкости,обрабатывающего оборудования и экономических затрат, вследствие.чего уменьшение показателя б /Т становится экономиче ски нецелесообразным. Цель изобретения- повышение производительности путем увеличенияразовой степени деформации и улучшение качества изделий путем исключенияпоглощения из атмосферы примесей деформируемой заготовкой,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу изготовленияизделий деформируемую заготовку гидрируют до концентрации водорода,соответствующей атомному отношениюводорода к материалу заготовки 0,030,8, а деформирование гидрированной.озаготовки осущесувляют при 20-250 Си показателе напряженного состоянияв очаге деформации б /Т -1где 6 - среднее нормальное напряжение;Т - интенсивность касательныхнапряжений.Присутствие водорода в металле131 и 4резко уменьшает возможнуюразовую степень. деформации при холодной обработке, а порой:и сводит еек нулю (фводородная хрупкость металлов). Поэтому перед холодным деформированием стремятся очистить металлот водорода, Однако сведения оп пластичности и деформируемости гидрированных металлов и сплавов получены3 165525 4при величинах показателя напряженно- ров, как наличие водорода в обрабатьгго состоянияб /Т -1, Проведенные ваемом материале и существенное преисследования показали, что пластич, обладание сжимающих напряжений в суеность гидрированных металлов возрас- ме напряженного состояния, приводиттает с уменьшением показателя б /Т 5 к более высокой пластичностости гидриро.гораздо быстрее, чем пластичность ванных сплавов по сравнению с негидритех же металлов, но без водорода. . рованными, однако, в отличие от изве,При понижении показателя напряжен- стного способа, при значительно болееного состояния до значений б /Т-1низких температурах,пластичность гидрированного металла 10 П р и м е р 1. Осуществляют опыт."становится больше, а сопротивление ное прессование жидкостью высокогодеформации меньше, чем у негидриро- давления образцов гидрированного иванного металла. Этот дефект.прояв- (для сравнения) негидрированноголяется при содержании водорода в сплава ВТ 3-1 ОбразцыР зцы изготавливают всплаве в количестве, соответствующем 15 форме усеченных конусов с меньшиматомному отношению водорода к метал- диаметром 5 мм, большим диаметромлу Н/Ие0,03-0,8. Нижний предел .16 мм н длиной около 120 мм. Гидрироконцентрации лежит вблизи левой гра- вание образцов осуществляют отжимомницы двуфазной области на фаэовой образцов при 600 С в течение 1 ч вдиаграмме системы сплав-водород, 20 кварцевом реакторе, вакуумированномвнутри этой области происходит вы- до О мм рт.ст впуском в реакторделение гидридной фазы. При содержании расчетного количества высокочистоговодорода более Н/Ме = 0,8-0,9 образцы водорода (образцы поглощают 1 большуюрастрескиваются еще на стадии их гид- часть водорода в течение 10 мин),рирования, что связано с положением. И самоохлаждением реактора в течениелиний равновесия на фазовых диаграь 5 ч после выклч после выключения нагревамах систем металл (сплав)-водород,. 1 обраэцы поглощают остаток водородаТемпературные границы способа обуслов" по мере охлаждеОаждения практически поллены тем, что ниже 20 С требуется ностью), Содержание водорода в обприменение криогенной техники, а вы разцах контролируютше 250 С с нтролируют химическим аналише С становится неблагоприятным дрированные о раэцы подверрежим работы сред и смазок: на основе гают вакуумному отжигу при той жетехнических масел, которые испольэу- температуре Пре. одготовленные образцыются для создания .сжимающих напря- запрессовывают узким концом в фильж .ний с целью выполнения условия - еру с диамет ос диаметром отверстия 5 мм,Д/Т( -1. Внутри указанных границ эф " .после чего фильеру с1ьеру с запрессованнымфект повышения пластичности и дефрр- образцом помещао помещают в камеру высокогомируемости перечисленных материалов гидростатическогеского давления, работаювследствие гидрирования проявляется щую в интервале до 1200 МПа. В редовольно равномерно. После удаления 40 зультате повышеновышения давления жидкостиводорода из образцов их механические в камере происходит вЫдавливание масвойства при нормальных условиях воэ- териала через филье уильеру, при этом вы"вращаются к исходным значениям. . тяжка определяется как квадрат отноНа чертеже изображены зависимости шения текущего диамет аи метра исходногопластичности 3 титанового сплава ВТ 3-4 образца к диаметру получаемой прово от показателя напряженного состоя . локи. Процесс осуществляют при 220 С.ния б /Т для двух содержаний водоро . Показатель напряженного состоянияда: негидрированный сплав (светлые б /Т в очаге деформации достигаетточки) и сплав, гидрированный до атаи" значения -.6,8 при обработке сплавеного отношения водорода к металлу Ю ВТ 3-1 по этой технологи п д/ е , (черные точки). нии 1200 МПа. При обработке образцовПриведенные зависимости получены негидрированного сплава ВТ 3-1 вытяжиспытаниями образцов на разрыв при ка достигает величины 4,5когдаатмосферном давлении (наибольшие давление повышается до 1200 МПа азначения д /Т) и в условиях высоких Ы для образцов того же"сплава, гидригидростатических давлений, применяв роваиного до атомного отношения вошихся с целью уменьшения величины. дорода к металлу Н/Ме О,1, вытяжкаТаким образом, сочетание таких факто" достигает величины 7,8 при давлении1100 МПа. Образцы в процессе обработки не разрушаются. Таким образом,с введением водорода в сплав ВТ 3-1уменьшается сопротивление деформациисплава, уже при более низком давлении степень деформации гидрированного.сплава значительно выше (на 73%),чем исходного сплава. Результатыпрессования представлены в таблице. 1 О П р и.м е р ы 2-5. Прюкеняя те же операции, осуществляют гидропрессование образцов гидрированных и (для сравнения) негидрированных ме таллов: ниобйя марки Нбн, ванадия марки ВнМи йодидного циркония.Степени гидрирования образцов параметры деформирования и степени деформации (вытяжки) представлены в 20 таблице.Из таблицы видно, что при тех же условиях обработки степень деформации гидрированного материала больше, чем степень деформации материала, , 25 в который водород не вводят. Благодаря введенному водороду вытяжка за один проход возрастает для сплава ВТ 3-1 на 73 ., для ниобия - на 47%, для ванадия - на 9 , для цирко- зо ния - примерно в два раза. Признаков разрушения у деформированных образцов не обнаружено, т.е. ресурс пластичности материалов при описанных параметрах обработки исчерпан не полностью, 35 а увеличение разовой степени деформации при гидрированни обусловлено снижением сопротивления деформации металлов.40П р и м е р 6. Осуществляют гидропрессование трубки из йодидного цир кония, гидрированного при помощи описанных операций до атомного отношения Н/Ег 0,1 и (для сравнения) негидри рованного. Из трубчатой заготовки внешним диаметром 12 мм при толщине стенки 1,5 мм,при комнатной температуре продавливанием через фильеру эа один проход получают трубку внешним Ю диаметром 10 мм при толщине стенки 0,5 мм т.е. заданная величина вытяж ки составляет 3,4. Заготовка из гид рированного циркония продеформируется без разрушения после того, как давпение рабочей жидкости повышается до 700 МПа, а заготовку из негидрированного циркония продеформнровать не удается вплоть до 1200 МПа. П р и м е р ы 7-8. Проводят опытную прокатку тонкого листа титанового сплава ВТ-0, гидрированного до атом" ного отношения Н/Ме = 0,03 и негидрированного. Начальные размеры образцов выбираются так, чтобы при прокатке выполнялось условие б /Т ( -1: высота 4 мм, ширина 60 мм, длина 30 мм. Прокатку в два прохода осуществляют на лабораторном стане "Дуо" со скоростью вращения валков 20 об/мин. Усилия, действующие на валки, замеряют месдозами и записывают на осциллограф, Обжатия (отношение изменения высоты образца за проход к исходной высоте) задают по зазору между валками, задаваемая величина - 30 эа проход. Прокатку проводят при 20 ио250 С, При обеих температурах усилие на валках при прокатке гидрированного сплава на 25-40% ниже, чем при прокатке исходного негидрированногот Деформация образцов негидрированного сплава ВТ 1-0 во втором проходе сопровождается. образованием трещин на боковой поверхности, а на гидрированных образцах визуально трещины не обнаруживаются.При горячей обработке давлением титановых сплавов по известному спосоду получают разовые степени деформации, которые сводятся к изменению линейных размеров образцов на 65-78%13 . Благодаря использованию технологий с очень низким значением показателя б /Т, например гидропресеования по предлагаемому способу возможно получить значительно большие разовые степени деформации, например для сплава ВТ 3-1 получена вытяжка 7,8, что означает изменение линейного размера на 680%. Кроме того; по предлагаемому способу можно получать вееьма большие разовые степени деформации для других водородопоглощающих материалов, например ниобия, циркония, ванадия, а пр известному способу эти материалы вообще не обрабатывают, Благодаря обработке давлением гидрированных заготовок по технологиям с преобладанием сжимающих напряжений в схеме напряженного состояния (показатель Й /Т -1) по сравнению с известным способом возможно понижение температуры обработки давлением до 20-25(РС что позволяет избежать активного взаимодействия и интенсивного загрязне-.4 2 220 220 0 1100 Нбн 1 4,9 50 2 95 220 220 ВнМ9 2 900 2,3 1,8 оний 900 900 0 0 Циркон 900 0 900 3,9 0 0 2 0 Цирконий (трубка) 0,1 30 7 1 ния материала заготовки атмосферными газами, Благодаря введению водорода при обработке по этим способам уве- личивается пдастичность и снижается сопротивление деформации материала заготовкк, вследствие чего стало возможным получать большую разовую степень деформации или требуемую величину деформации за меньшее количество проходов без изменения энергосиловых параметров обрабатывающего оборудования, что должно привести к.повышению производитель ности известных способов холодной. обработки давлением. Кроме того,1 о 5525 8предлагаемый .способ позволит расширить сортамент материалов, поддающихся холодной обработке давлением. Предлагаемый способ используетсяв тех случаях, когда на промежуточных стадиях получения, очистки и обработки металлов или сплавов применяется насыщение водородом, в отли О чие от которого традиционные способыобработки давлением предполагаюттщательное предварительное очищение,илй когда конечное изделие предназначается для использования в гидриро ванном состоянии.3165525 Составитель Е. Красинскийа . Техред О.Ващишина .Корректор С, Че едактор Заказ 4267 енто, г. Уагород, ун. Проектная, 4 ППП Тираа 647 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва,. Ж-.35, .Рауа