СПОСОБ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N3/28 

Изобретение относится к способам исследования структуры металлов и сплавов. Оно позволяет контролировать характеристики зоны пластической деформации после различных технологических операций обработки металлов и может быть использовано в разнообразных отраслях техники.

Известен способ анализа структуры металлов и сплавов /Геллер Ю.А. и др. Металловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. М. Металлургия, 1967, с. 45 49/, который включает технологическую операцию обработку давлением, изготовление шлифа и выявление волокнистой структуры, по которой судят о зоне пластической деформации, обусловленной технологической операцией.

Известен также способ /авторское свидетельство СССР 1238870, G 01 N 1/28/, состоящий в том, что перед технологической операцией материал предварительно подвергают пластической деформации, затем изготовляют шлиф, выявляют волокнистую структуру и по изменению ориентации волокон судят о зоне пластической деформации, связанной с операцией.

Наиболее существенными недостатками обоих способов являются ограниченные возможности применения только для волокнистой структуры, которая формируется при достаточно больших степенях деформации, низкая точность оценки размера зоны деформации, связанной с технологической операцией, и невозможность выявления деформации вдоль направления волокон из-за отсутствия границ зоны.

По общей совокупности признаков наиболее близким к заявляемому объекту является способ анализа структуры, описанный в /Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов. М. Металлургия, 1967, с. 155 159/. Он включает технологическую операцию, рекристаллизационный отжиг, изготовление шлифов, выявление структуры и определение зоны пластической деформации, обусловленной технологической операцией, по калибровочной зависимости размера рекристаллизованного зерна от степени деформации для соответствующих температурно-временных параметров.

Однако этот способ не позволяет выявить зоны докритической деформации после технологических операций, а также зоны предельной деформации, которым соответствует размер рекристаллизационного зерна, близкий к исходному.

Цель заявляемого объекта расширение возможностей контроля качества заготовок за счет выявления зон докритической деформации после различных технологических операций обработки, а также зон предельной деформации, которым соответствует размер рекристаллизованного зерна, близкий к исходному.

Поставленная цель достигается тем, что в способе анализа структуры металлов и сплавов, включающем технологическую операцию, рекристаллизационный отжиг, изготовление шлифов, выявление структуры и определение зоны пластической деформации, обусловленной технологической операцией, по калибровочной зависимости размера рекристаллизованного зерна от степени деформации для соответствующих температурно-временных параметров, материал деформируют перед технологической операцией на величину ε = ε_к+Δε,, где ε_к - критическая деформация, Δε величина, составляющая 0,5% после рекристаллизационного отжига по калибровочной зависимости определяют суммарную ступень e_S деформации в зонах, а о деформациях, внесенных технологической операцией, судят по разности e_Σ-ε, причем для операций, вызывающих предельные деформации, перед ними проводят предварительный рекристаллизационный отжиг.

Анализ признаков заявляемого объекта, проведенный по имеющимся температурным источникам, свидетельствует о том, что данные отличительные признаки, обеспечивающие достижение поставленной цели, в известных решениях отсутствуют. Поэтому заявитель считает, что заявляемый объект соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность предложенного способа иллюстрируется фигурами 1 4, на которых представлены калибровочная зависимость размера d рекристаллизованного зерна от степени e деформации /фиг.1/ и схемы: вдавливания индентора /фиг.2/ и выявленных структур после технологических операций вдавливания /фиг.3/ и вырубки отверстия /фиг.4/.

Способ осуществляют следующим образом. Сначала строят калибровочную зависимость d = f(ε) при определенной выше порога рекристаллизации металла или сплава температуре отжига.

Затем деформируют заготовку на величину ε = ε_к+Δε,, где ε_к - критическая деформация, определенная по графику на фиг. 1, и Δε - деформация 0,5% Указанное значение De гарантирует получение после отжига крупнозернистой структуры с размером зерна, близким к максимальному, т.е. равномерного фона, на котором легко определить по зерну меньшего размера зону деформации, наведенную технологической операцией. В случае деформации, точно соответствующей величине e_к,, из-за неравномерности ее распределения по объему заготовки возможно образование после отжига разнозернистой структуры с размерами зерен, отличающимися на порядок величины. На таком фоне невозможно определить зону пластической деформации, наведенную операцией. Для различных металлов и сплавов значение Δε может отличаться от 0,5% не более, чем в пределах точности определения или регистрации относительной деформации, т.е. в пределах ±0,1%
После этого проводят технологическую операцию, вызывающую деформацию меньше e_к.. Затем осуществляют рекристаллизационный отжиг и после него приготовляют шлиф и выявляют структуру.

Степень деформации в зоне, обусловленной операцией, определяют по сопоставлению средней величины d в выявленной зоне с калибровочной зависимостью при учете предварительной деформации ε заготовки.

Перед операцией, вызывающей предельные деформации, которым соответствует величина d, соизмеримая с размером зерна заготовки в исходном состоянии, осуществляют предварительный рекристаллизационный отжиг.

В этом случае заготовку пластически деформируют также на величину e. Затем проводят предварительный рекристаллизационный отжиг и за ним - технологическую операцию. После нее осуществляют еще один отжиг по тем же режимам, как и предварительный. В результате на травленом шлифе четко выявляется мелкозернистая зона деформации, обусловленная технологической операцией, на крупнозернистом фоне, операцией не затронутом. О степени пластической деформации в зоне и протяженности последней судят по сопоставлению величины d на различных участках этой зоны с соответствующей калибровочной кривой d = f(ε).

П р и м е р 1. Для выявления зоны пластической деформации, обусловленной технологической операцией, использовали листовую заготовку алюминиевого сплава АМг6. Калибровочная зависимость среднего размера рекристаллизованного зерна от степени пластической деформации этого сплава была получена после отжига при температуре 450^oC в течение двух часов /см. фиг. 1/. Величина ε_к критической деформации, как видно из фиг. 1, составила 4,6%
Сначала выбранную заготовку подвергали пластической деформации на величину ε_к + 0,5% В данном случае величина пластической деформации составила ε 5,1%
Затем осуществляли вдавливание по схеме фиг. 2, на которой показаны толщина листа и форма отпечатка индентора. Потом выполняли рекристаллизационный отжиг при температуре 450^oC в течение 2-х часов. Дальше участок заготовки с противоположной отпечатку индентора стороны листа травили для выявления структуры. Далее, сопоставляя средние размеры зерен в выявленных структурных участках /областях с близкими размерами зерен/ см. фиг. 3 с калибровочной зависимостью, получили суммарную степень e_S деформации. Так, для участка "г" средний размер зерен составил , что, как из фиг. 1, соответствует суммарной деформации ε_Σ 7,6% Вычитая из полученного значения величину e_к + 0,5% найдем деформацию, внесенную технологической операцией. Эта деформация составит: ε_Σ-(ε_к+0,5%) 2,5%
П р и м е р 2. В случае, когда технологическая операция приводит к предельным деформациям, заготовку из того же полуфабриката сплава АМг6 после деформации на величину ε_к + 0,5% подвергали предварительному рекристаллизационному отжигу в течение двух часов при температуре 450^oC.

Затем выполняли технологическую операцию вырубку отверстия. Далее заготовку отжигали при температуре 450^oC два часа и травили шлиф для выявления структуры. Средний размер зерна на участках зоны деформации определяли по выявленной структуре см. фиг. 4 и из соответствующей калибровочной зависимости d = f(ε) находили величину деформации на любом участке зоны.

Таким образом, заявляемый способ анализа структуры металлов и сплавов расширяет возможности контроля качества заготовок за счет выявления зон докритической деформации после различных операций обработки, а также зон предельной деформации, которым соответствует размер рекристаллизованного зерна, близкий к исходному. ЫЫЫ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ3

Использование: исследование структуры металлов и сплавов в металлообработке и отраслях промышленности с нею связанных. Цель: расширение возможностей контроля качества заготовок за счет выявления зон докритической деформации после различных технологических операций обработки и зон предельной деформации, которым соответствует размер рекристаллизованного зерна, близкий к исходному. Сущность изобретения: при анализе структуры металлов и сплавов осуществляют деформацию на величину ε = ε_к+Δε, где ε_к - критическая деформация, Δε - величина, составляющая 0,5% технологическую операцию, рекристаллизационный отжиг, определяют суммарную степень деформации e_S в зонах по калибровочной зависимости размера рекристаллизованного зерна от степени деформации для соответствующих температурно-временных параметров, и по разности (ε_Σ-ε) судят о деформациях, внесенных технологической операцией. При операции, вызывающей предельные деформации, проводят предварительный рекристаллизационных отжиг. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ анализа структуры металлов и сплавов, включающий построение калибровочной зависимости размера рекристаллизованного зерна от степени деформации для соответствующих температурно-временных параметров, проведение исследуемой технологической операции непосредственно на образцах, их рекристаллизационный отжиг, исследование структуры и определение зоны пластической деформации, обусловленной технологической операцией, по калибровочной зависимости, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей способа путем выявления зон докритической деформации, а также зон предельной деформации, предварительно по калибровочной зависимости определяют величину критической деформации ε_к, перед технологической операцией образцы материала деформируют на величину деформации ε e_к + Δε, где De величина, составляющая 0,5% после рекристаллизационного отжига с помощью калибровочной зависимости определяют суммарную степень деформации e_S в зонах, а о деформациях, внесенных технологической операцией, судят по разности e_Σ-ε. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для технологических операций, вызывающих предельные деформации, перед ними проводят предварительный рекристаллизационный отжиг.