Способ обработки металлов и сплавов

(51)5 С 2 Я ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) И САН И Е И ЗС) БР ЕТЕ КОМУ СВИ ЛЬСТВ К А ляют при температуре, составляющей 0,2 - 0,65 от температуры плавления, Для сплавов, претерпевающих фазовые превращения, деформирование в условиях ползу- чести осуществляют при температуре, не превышающей температуру фазового превращения, Деформацию ползучести осуществляют путем изгиба, кручения, сжатием, растяжением, Для обработки алюминия и его сплавов деформирование проводят при температуре 200 С с напряжением о 2 астяжения 17 кг/мм, кручения 8,66 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 1,5 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры ; 200 С. При обработке армко-железа деформирование проводят при температуре 400 С и напряжении растяжения 12,4 кг/мм, напряжении кручения 6,95 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 400 С. При обработке легированных сталей , деформирование проводят при температу. ре 450 С с напряжением 30 - 45 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а - а последующий нагрев ведут до температуры 450 С. При обработке жаропрочных спла- (р вов на основе никеля деформирование про- Ср водят при температуре 600 С и напряжении растяжения 20 кг/мм 2, охлаждение ведут со скоростью 1-1,2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 800 С, 10 з.п.ф лы, 1 табл., 10 ил. и фор- ОВ И товлении и монт мента и других о Наиболее б способу обрабо технической сущ зультату являетсческой об но в мета числе в рмашинос ной и га 1(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛ СПЛАВОВ(57) Изобретение относится к термомеханической обработке и может быть использовано в металлургии и машиностроении, в том числе в ракетостроении, авиации, в точном машиностроении, в строительстве, в нефтяной и газовой промышленности при изготовлении и монтаже труб нефтяного сортамента и других отраслях. Способ обработки металлов и сплавов включает нагрев и пластическую деформацию под нагрузкой при температуре нагрева с получением остаточной деформации, снятие нагрузки, охлаждение, последующий нагрев для восстановления деформации. Новым в способе является то, что пластическую деформацию проводят в условиях ползучести, охлаждение осуществляют со скоростями, позволяющими фиксировать остаточную деформацию, а последующий нагрев проводят с протеканием обратной ползучести, Деформацию в условиях ползучести осуществретение относится к термомеханиработке и может быть использоваллургии и машиностроении, в том акетостроении, авиации, в точном троении, в строительстве, в нефтяовой промышленности при изгоаже труб нефтяного сортатраслях.лизким к предлагаемому ки металлов и сплавов поности и достигаемому рея способ обработки метал1788077 10 20 25 30 35 40 ние 3лов и сплавов, включающий нагрев и пластицескую деформацио под нагрузкой при температуре нагрева с получением остаточной деформации, снятие нагрузки, охлаждение, последующий нагрев длявосстановления деформации.Недостатком способа является сильное влияние на эффект памяти формы состава, которое обнаружено у многихсплавов, Во многих сплавах, конструкционных, такого эффекта вообще не обнаруживается или он проявляется после сложной технологической обработки.Цельо изобретения является расширение технологических возможностей за счет обработки всех известных в технике сплавов, способных к ползуцести в широком диапазоне температур.Наилучшие результаты в реализации способа получены при проведений процес- са при следующих условиях;деформацию в условйях ползучести осуществляют при температуре, составляющей.0,2-0,65 от температуры плавления;для сплавов, претерпевающих фазовыепревращения, деформацию в условиях ползучести осуществляют при температуре, не превышающей температуру фазового превращения;в случае совмещения процесса закалкии механического деформирования отслеживают температуру закалки, при этом деформирование проводят в режиме спонтанной ползучести;деформацию ползучести осуществляютпутем изгиба, кручения, сжатием, растяжением;для обработкиалюминия и его сплавовдеформирование проводят при температуре 200 С, с напряжением растяжения 17 кг/мм 2, кручения 8,66 кг/ммР,-охлаждение ведут со скоростью 1,5 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 200 С;.для обработки армко-железа деформирование проводят при температуре 400 С с напряжением растяжения 12,4 кг/мм, наг.прядением кручения 6,95 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до температурь 1400 ОС;для обработки легированных сталей деформирование проводят при температуре 450 С с напряжением растяжения 30 - 45 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 450 С;для обрабо;ки жаропрочных сплавов наоснове никеля деформирование проводят при температуре 800" С с напряжением растяжения 20 кг/мм, напряжением кручения2 11,54 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 1 - 1,2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 800 С Сопоставление технико-экономических показателей технического решения и прототипа приведено в таблице,Из сопоставления технико-экономических показателей следует, цто предложенное техническое решение позволяет добиться возврата деформации после нагрева для сплавов, для которых добиться эффекта памяти формы известными способами не удается, например, для конструкционных сплавов и что для реализации эффекта памяти формы влияние состава сведено к минимуму - любой сплав, способный к ползучести при повышенной температуре, может быть обработан по предлагаемому техническому решению. Следовательно, заявленное техническое решение обеспечивает при использовании получение положительного эффекта,На фиг,1 изобракено графицески явление частичного восстановления размеров при нагреве металлических образцов, предварительно подвергнутых ползуцести, а затем мгновенно . охлажденнь 1 х и разгруженных, Позиция 1 - это кривая ползучести, позиция 2 - это деформация возврата. Позиция 4 отражает явление, открытое автором и обозначенное в тексте описания как явление частичного восстановления размеров, Позиция 3 отражает поведение образцов йри резком охлаждении в момент начала осуществления обратной ползучести и далее в условиях сохранения температуры охлакдения. На фиг,2 - 10 изобракено графически то же явление для металлов соответственно ЭИБ растяжение, ЭИ 437 Б - круцение, железо-армко - растяжение, железо-армко - кручение, Д 16 - растяжение, Д 16 - кручение, 40 ХСН 2 МВФ, ЗХВ 4 СФ, 5 ХН 1 М - .растяжеП р и м е р 1, Цилиндрические образцы с рабочей длиной.100 мм диаметром 10 мм из сплава ЭИ 437 Б(сплав 75% никеля и 25% хрома) подвергают ползучести на растяжение в течение 8 ч. Образцы испытывают на50 машине УБ-ЗБ,Температуру испытания назначают800 С при напряжении 20 кгlмм . После 8 чползучести образцы разгружают и одновременно в течение 15 с в закрытом простран 55 стве охлаждают водопроводной водой,После этого образцы в течение недели выдерживают при 1 момнатной температуре. Затем образцы нагреваот до температурыиспытания (800 С). При этом наблюдают деформацию возврата. Вид кривой соответствует кривой возврата, которая получается после разгрузки, но без охлаждения (фиг.2). На фиг.2 видно, что речь идет о частичном восстановлении размеров исходной заготовки (элемента). Обработанные образцы (после ползучести, разгрузки с одновременным охлаждением, выдержки) используют при изготовлении неразъемных соединений, для чего вместе с конструкцией нагревают до 800 С.П р и м е р 2. Процесс осуществляюттак же, как в примере 1, но цилиндрический образец из ЭИ 437 Б подвергают ползучести на кручение при напряжении кручения 11,54 кг/ммг. Материал и размеры образца те же, что и в примере 1. Ход процесса показан на фиг.З.П р и м е р 3. Процесс осуществляется так же, как в примере 1, но образец берут из железа-армко, температуру испытания назначают 400 С при напряжении растяжения 12,4 кг/мм . Ход процесса показангна фиг.4.П р и м е р 4. Процесс осуществляют так же, как в примере 3, но цилиндрический образец из железа-армко подвергают ползучести на кручение при напряжении сдвига 6,95 кг/ммг, Материал и размер образца те же, что и в примере 3. Ход процесса показан на фиг,5.П р и м е р 5. Трубчатый цилиндрический образец выполняют из трубы из алюминиевого сплава марки Д 16 в закаленном и естественно состаренном состоянии с наружным диаметром 147 мм и толщиной стенки основного сечения 11 мм (ГОСТ 23786-79), На образце выполняют наружную проточку длиной 210 мм и глубиной 5 мм. Общую длину трубчатого образца принимают 3000 мм. Испытания проводят на стенде ВНИИТнефть СТК. Образец подвергают ползучести на растяжение в рабочей части - в месте располо.жения проточки, в течение 20 ч при напряжении 17 кг/мм . Температуру испыгтания принимают 200 С, После 20 ч ползу- чести образец разгружают и одновременно в течение 1,5 с охлаждают с помощью спреерного устройства, после чего наблюдают уменьшение длины рабочей части образца (210 мм) за счет упругой деформации и температурной. После этого образец в течение суток выдерживают при комнатной температуре. Затем образец нагревают до температуры испытания, т.е, до 200 С. После ., нагрева наблюдают деформацию возврата.Вид кривой (фиг.6) соответствует кривой возврата, которая была получена после разгрузки, но беэ охлаждения. П р и м е р 6, Процесс осуществляют также, как в примере 5, но трубчатый цилиндрический образец иэ Д 16 подвергают ползу- чести на кручение при напряжении 5 кручения 8,66 кг/мм . В этом случае наблюгдаемое уменьшение длины рабочей частиобразца (210 мм) послеохлаждения происходит за счет только температурной деформацииХод процесса для рассматриваемого10 случая показан на фиг.7П р и и е р 7, Цилиндрические образцыс рабочей длиной 100 мм диаметром 10 ммиз отожженной стали 40 ХСН 2 МВФ подвергают полэучести на растяжение в течение15 150 часов при напряжении 45 кг/мм, Обгразцы испытйвают на машине "ЦСТ/Э"(ГДР). Температуру испытания назначают450 С. После 150 ч ползучести образцыразгружают и одновременно в течение 2 с20 охлаждают струей воды, после чего наблюдают уменьшение длины рабочей части засчет упругой и температурной деформаций. После этого образец в течение 20 сутвыдерживают при комнатной температу 25 ре. Затем образец нагревают до температуры испытания 480 С. При этомнаблюдают деформацию возврата. Видкривой соответствует кривой возврата, которая получается после разгрузки, но беэ30 охлаждения (фиг,8)П р и м е р 8. Процесс осуществляют также, как в примере 7, но образец берут изотожженной стали ЗХВ 4 СФ. Параметрыпроцесса те же, кроме напряжения, прини 35 маемого 30 кг/мм . Ход процесса длягЗХВ 4 СФ показан на фиг,9,П р и м е р 9, Процесс осуществляют ткже, как в примере 7, но образец берут изотожженной стали 5 ХН 1 М. Параметры пг:о 40 цесса теже, кроме напряжения, принимае мого 40 кг/мм, Ход процесса для 5 ХН 1 Мпоказан на фиг.10.Изобретение позволяет осуществитьнепосредственный перевод тепловой45 энергии в механическую для любых металлов, в томчисле черных. Такая универсальность предлагаемого способа позволяетсоздать на его основе силовые механические конструкции при изготовлении, мон 50 таже и ремонте в различных отраслях,конкурирующие и превосходящие по экономическим показателям в несколько раз.например; сварку. 55 .Формула изобретен и я1.Способ обработки металлов и сплавов, включающий нагрев и пластическую деформацию под нагрузкой при температуре нагрева с получением остаточной деформации, снятие нагрузки, охлаждение, последу1788077 8 Ренин обработки Способ Возвратлерормацни,2 х 1 О Материал ТемператураФазовогопревращения, С Температураплавления,ьС Название грев, мпераура, ЯС енпера- Напраура, С ние,кг/мм корость охлаиления, С/с РастлхениеКруцение ВОО 1,0 манный ЭИ 437 1600 670-90 ЗОО 20 15 ЯОО 11,54 15 ЬОО 12,4400 6,95 2 200 17 1,5 200 З,66 1,5 Ь 50 45 2 450, 30 2 Ь 50 40 2 1,21,051,25 Келе арик 520 911 ЬО 40РастяхениеКруцениеРастяяеннеКручениеРастянениеД 16 60 49 0,5 1,0 200 450 Ь 50 450 523 600 725-770 600030-900 600 З 30-900 ЬОХСН 2 М 2,5 5 ХНОНСплав на осве никепилатитана.44,6252,72 н,5-16 1 О вестний 2,по О.А.Лнхацеау еФорнирования иикелила тит р и и е ц а н и е; Реан знацае ющий нагрев для восстановления деформации, отлича ющийся тем,что,с целью обработки всех известнь 1 х в технике сплавов, способных к ползучести в широком диапазоне температур, пластическую деформацию проводят в условиях ползучести, охлаждение осуществляют со скоростями, позволяющими фиксировать неравновесное высокотемпературное состояние, а последующий нагрев проводят с протеканием обратной ползучести,2 Способ по п.1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что деформацию в условиях ползучести осуществляют при температуре от 0,2-0,65 от температуры плавления,З,Способ по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что для сплавов, претерпевающих фазовые превращения, деформацию в условиях ползучести осуществляют при температуре, не превышающей температуру фазового превращения,4,Способ по пп,1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют путем изгиба, .5,Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют путем кручения,6,Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют сжатием,7,Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют растяжением,8 Способ попп,1 и 2,отл ича ю щий 5 с я тем, что деформацию алюминия и егосплавов осуществляют при температуре200 С с напряжением растяжения 17кг/мм, кручения 8,66 кг/мм, охлаждение2ведут со скоростью 1,5 С/с, а последующий10 нагрев ведут до 200 С.9,Способ по пп,1 и 2, от л и ч а ю щи йс я тем, что деформацию армко-железа осуществляют при температуре 400 С с напрягжением растяжения 12,4 кг/мм,15 напряжением кручения 6,95 кг/мм, охлаж 2дение ведутсо скоростью 2 С/с, а последу 1 ощий нагрев ведут до 400 С,10.Способ по пп,1 и 2, о тл и ч а ю щ ий с я тем, что деформаци 1 о легированных20 сталей осуществляют при температуре 450 Сс напряжением растяжения 30 - 45 кг/мм, охглаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до 450 С.11.Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и 25 й с я тем, что деформацию жаропрочныхсплавов на основе никеля осуществляютпри температуре 800 С, с напряжением растяжению 20 кг/мм, напряжением кручения211,54 кг/мм, охлаждение ведут со скоро 230 стью 1 - 1,2 С, а последующий нагрев ведутдо температуры 800 С.1788077 Корректор И.Шмак дактор Заказ 52 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5 твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 и