СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ЭФФЕКТОВ ЗАПОМИНАНИЯ ФОРМЫ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ ТИТАНА МАРТЕНСИТНОГО И ПЕРЕХОДНОГО КЛАССОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к металлургии, в частности, к способам термической обработки титановых сплавов и может быть использовано при производстве специальных устройств и датчиков. Кроме того, может быть использовано при термической обработке конструкционных сплавов во избежании значительных поводок и кораблении изделий.

Известен способ обработки сплавов Ti-Ni, заключающийся в закалке в воду с температуры 800^oC, деформации и последующем нагреве от 20^oC до 125^oC [1].

Известен способ обработки сплавов на основе титана, заключающийся в закалке в воду с температуры t_кр - Ac_з, деформации и последующем нагреве до температур 100 - 600^oC со скоростью 10-200^oC/c [2].

Однако, в результате такой обработки из-за высокой скорости нагрева и недостаточной температуры нагрева реализуется только прямой эффект восстановления формы в указанном интервале температур.

Задачей изобретения является разработка способа выявления многократного эффекта запоминания формы.

Поставленная задача достигается тем, что сплавы на основе титана мартенситного и переходного класса подвергают закалке в воду с температуры t_к - Ac_з + (20-30^oC) и деформации, после чего проводят нагрев в три стадии для выявления эффектов запоминания формы: нагрев на первой стадии проводят до температуры 200 - 300^oC со скоростью нагрева не менее 0,1^oC/c, что приводит к реализации прямого ЭЗФ, нагрев на второй стадии проводят до температуры 350-550^oC со скоростью нагрева не более 1^oC/c, в результате чего происходит обратный ЭЗФ (восстановление деформированной формы), на третьей стадии для реализации "вторичного" ЭЗФ (повторное восстановление исходной формы) нагрев ведут до температуры Ac_з.

Технический эффект способа обусловлен тем, что последующий нагрев в три стадии позволяет реализовать прямой ЭЗФ (восстановление исходной формы), обратный ЭЗФ (восстановление деформированной формы) и "вторичный" ЭЗФ (повторное восстановление исходной формы).

После закалки с температур от t_к до Ac_з + (20-30^oC) структура образцов представлена α и β -фазами, последняя не имеет ярко выраженной текстуры, а ее объемная доля составляет примерно 65%.

При деформации в структуре сплава образуется α″ - мартенсит, β - фаза практически полностью исчезает. Нагрев деформированных образцов до температуры 200-300^oC со скоростью нагрева не менее 1^oC/c вызывает повышение объемной доли β -фазы и уменьшение объемной доли мартенсита. После достижения температуры 300^oC в структуре сплава отсутствует α″ -фаза, а ориентировка образовавшейся β -фазы восстанавливается в виде, который она имела до деформации, при этом восстанавливается исходная форма образца (прямой ЭЗФ). Нагрев до температуры 350-550^oC со скоростью не более 1^oC/c приводит вновь к образованию в структуре сплава α″ -фаза, максимальная объемная доля которой достигается при 450^oC. Необходимо отметить, что кристаллографическая ориентировка α″ -фазы, выделившейся при температурах 350-550^oC практически не отличается от кристаллографической ориентировки α″ -мартенсита, образовавшегося при деформации (восстановление деформированной формы).

При дальнейшем нагреве до температур Ac_з + 20^o наблюдается уменьшение степени ромбического искажения α″ -фазы, которая постепенно превращается в α -фазу с гексагональной кристаллической решеткой, которая наследует преимущественную ориентировку α″ -фазы, т.е. происходит повторное восстановление исходной формы.

При температуре выше Ac_з α -фаза полностью исчезает и структура сплава представлена только β -фазой, кристаллографическая ориентировка которой мало отличается от ориентировки β -фазы после закалки с температуры от t_к до Ac_з + (20-30^o).

По второму варианту способ согласно изобретению предусматривает следующие операции: закалку с температуры от Ac_з + (20-30^oC) до t_к, деформацию, последующий нагрев для реализации ЭЗФ, регистрацию, отличающийся тем, что нагрев в три стадии: на первой - до температуры 200-300^oC с выдержкой при этой температуре 0,1-0,2 ч, на второй до температуры 350-550^oC с выдержкой при этой температуре 0,15-4 ч, а на третьей - до Ac_з - (Ac_з + 20-30^oC).

Выдержка на первой и второй стадии нагрева, когда нагрев ведут без регламентированных скоростей, обеспечивает протекание превращений, необходимых для реализации эффектов восстановления формы как и в первом варианте изобретения.

При осуществлении обоих способов возможно проведение дополнительного охлаждения после первой или второй стадий. Это приводит к тому, что при последующем нагреве реализуется второй и (или) третий ЭЗФ. Это можно использовать для изготовления элементов датчиков, работающих в заданном интервале температур.

По предложенным способам обрабатывали титановые сплавы ВТ16 и ВТ22и.

Пример 1. Заготовки сплава ВТ16 диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры 770^oC - Ac_з + (20-30^oC), где Ac_з = 840^oC, проводили закалку в воду, деформировали.

После чего проводили нагрев в три стадии. На 1-ой стадии нагревали до температуры 200-300^oC со скоростью нагрева V_н не менее 0,1^oC/c, на второй стадии проводили нагрев до температуры 350-550^oC со скоростью нагрева V_н не более 1^oC/c, на третьей стадии нагревали до температуры Ac_з - Ac_з + (20-30^oC).

Пример 2. Заготовки сплава ВТ22и диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры Ac_з + (20-30^oC), где Ac_з = 860^oC, проводили закалку в воду, деформировали.

После чего проводили нагрев в три стадии. На 1-ой стадии нагревали до температуры 200-300^oC со скоростью нагрева V_н не менее 0,1^oC/с, на второй стадии проводили нагрев до температуры 350-550^oC/с со скоростью нагрева V_н более 1^oC/с, на третьей стадии нагревали до температуры Ac_з - Ac_з = (20-30^oC).

Пример 3. Заготовки сплава ВТ16 диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры 770^oC - Ac_з + (20-30^oC), проводили закалку в воду, затем деформировали. После чего проводили нагрев в три стадии: нагрев до температуры 200-300^oC, выдержка при этой температуре 0,1-0,2 ч - на первой стадии, нагрев до температуры 350-550^oC, выдержка при этой температуре 0,15-4,0 ч - на второй стадии, нагрев до температуры Ac_з - Ac_з + (20-30^oC).

Пример 4. Заготовки сплава ВТ22и размером ⊘ 10 мм нагревали до температуры Ac_з + (20-30^oC), проводили закалку в воду, деформировали. После чего проводили нагрев в три стадии: нагрев до температуры 200-300^oC, выдержка при этой температуре 0,1-0,2 ч - на первой стадии, нагрев до температуры 350-550^oC, выдержка при этой температуре 0,15-4 ч - на второй стадии, нагрев до температуры Ac_з - Ac_з + (20-30^oC).

Пример 5. Заготовки сплава ВТ16 диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры 770^oC - Ac_з + (20-30^oC), проводили закалку в воду, затем деформировали. После чего проводили нагрев. Нагрев до температуры 200-300^oC, со скоростью не менее 0,1 ^oC/c, охлаждение до t_к со скоростью не менее 1^oC/c, нагрев до температуры 350-550^oC со скоростью не более 1^oC/c, нагрев до температуры Ac_з - (Ac_з + 20-30^oC).

Пример 6. Заготовки сплава ВТ22и диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры Ac_з + (20-30^oC), проводили закалку в воду, деформировали. После чего проводили нагрев до температуры 200-300^oC со скоростью не менее 0,1^oC/c, нагрев до температуры 350-550^oC со скоростью не более 1^oC/c, охлаждение до t_к со скоростью не менее 1^oC/c, нагрев до температуры Aс_з - (Aс_з + 20-30^oC).

Пример 7. Заготовки сплава ВТ16 диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры 770^oC - Ac_з + Ac_з + (20-30^oC), проводили закалку в воду, затем деформировали. После чего проводили нагрев до температуры 200-300^oC, выдерживали 0,1-0,2 ч, охлаждали до t_к со скоростью не менее 1^oC/c, нагрев до температуры 350-550^oC, выдержка 0,15-4 ч при этой температуре, нагрев до температуры Ac_з-(Ac_з + 20-30^oC).

Пример 8. Заготовки сплава ВТ22и диаметром ⊘ 10 мм нагревали до температуры Ac_з + (20-30^oC), проводили закалку в воду, затем деформировали. После чего проводили нагрев до температуры 200-300^oC, выдержка при этой температуре 0,1-0,2 ч, нагрев до температуры 350-550^oC, выдержка при этой температуре 0,1-0,2 ч, охлаждение до t_к со скоростью не менее 1^oC/c, нагрев до температуры Aс_з-(Ac_з + 20-30^oC).

Параллельно проводили обработку заготовок сплава по способу прототипа.

Технико-экономическая эффективность способа состоит в том, что применение этого способа выявления ЭЗФ в авиационной технике обеспечит высокую возможность и ресурс работы изделия.

Литература
1. Miya[aki, S., Jhmi. Y., otsuka<K. fnl Suzuki, Y. J.de Phys., Vol. 43, No, 12-Suppl, p.4-255, 1982.

2. Ильин А.А., Коллеров М.Ю., Скворцова С.В., Макаренков Д.Ю. Принципы легирования и технология обработки сплавов на основе титана с эффектом запоминания формы. 1 Международная научно-техническая конференция по титану стран СНГ. т. 2, М. 1994., с. 631-638.

Способы могут быть использованы при производстве специальных устройств и датчиков. Сплавы на основе титана, мартенситного и переходного класса подвергают способу обработки, включающему закалку с температур от t_k до Ас₃ + (20 -30°С), деформацию и последующий нагрев в три стадии: на первой стадии нагрев ведут до температуры 200 - 300^oС со скоростью нагрева не менее 0,1°С/с, на второй стадии нагрев ведут до температуры Ас₃ + (20 - 30°С). Нагрев на 1-ой и 2-ой стадии можно осуществлять не с регламентированной скоростью, а производить выдержку соответственно 0,1-0,2 ч на первой стадии и 0,15-4,0 ч на 2-ой стадии. При осуществлении обоих способов возможно проведение дополнительного охлаждения после первой или второй ступени со скоростью не менее 1°С/с, что приводит к тому, что при последующем нагреве реализуется второй и(или) третий ЭЗФ. Применение способов выявления ЭЗФ в авиационной технике обеспечит высокую надежность и ресурс работы изделия. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ выявления эффектов запоминания формы в сплавах на основе титана мартенситного и переходного класса, включающий закалку с температуры от Ac₃ + (20 - 30^oC) до t_k, деформацию, последующий нагрев, восстановление формы, отличающийся тем, что нагрев ведут в три стадии: на первой - со скоростью не менее 0,1 град/с до 200 - 300^oC для восстановления исходной формы, на второй - со скоростью не более 1 град/с до 350 - 550^oC для восстановления деформированной формы, а на третьей - до температуры Ac₃ - (Ac₃ + 20 - 30^oC) для повторного восстановления исходной формы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после первой или второй стадии нагрева осуществляют охлаждение до комнатной температуры со скоростью не менее 1 град/с. 3. Способ выявления эффектов запоминания формы (ЭЗФ) в сплавах на основе титана мартенситного и переходного класса, включающий закалку с температуры от Ac₃ + (20 - 30^oC) до t_k, деформацию, последующий нагрев для реализации ЭЗФ, восстановление формы, отличающийся тем, что нагрев ведут в три стадии: на первой - до 200 - 300^oC с выдержкой при этой температуре 0,1 - 0,2 ч, на второй - до 350 - 550^oC с выдержкой при этой температуре 0,15 - 4,0 ч, а на третьей - до Ac₃ - (Ac₃ + 20 - 30^oC). 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после первой или второй стадии нагрева осуществляют охлаждение до комнатной температуры со скоростью не менее 1 град/с.