СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК C21D8/00 C21D1/40 C21D1/06 

Изобретение относится к металлургической промышленности. Оно может быть использовано при различных операциях обработки металлов давлением в способах разупрочнения и снижения сопротивления деформированию локально на движущихся заготовках или во всех их объемах при отсутствии движения заготовки.

Известен способ обработки металлов давлением [патент РФ №2321469, М. кл. В21С 25/00, дата подачи заявки 02.09.2005, опубликован 10.04.2008 (прототип)], близкий к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, заключающийся в деформировании заготовки:

- растяжением с волочением сквозь твердосплавные фильеры;

- прокаткой между вращающимися во встречном направлении деформирующими валами с механическим давлением сжатия;

- штамповкой тонколистового материала;

- ультразвуковым плющением в режиме стоячей УЗ-волны при одновременном действии импульсным током, создающим электропластический эффект.

Как известно из научно-технической литературы, электропластический эффект является кооперативным явлением и состоит из трех основных частей:

- действия «электронного ветра» импульсного тока;

- пинч-действия собственного магнитного поля тока;

- спинового разупрочнения, вызываемого электронным парамагнитным эффектом в металле.

Недостатком известного способа является слабая развитость третьей составляющей электропластического эффекта, обусловленная электронным парамагнитным резонансом и спиновой конверсией пар свободных электронов, локализованных на парамагнитных примесях в металле и на дислокациях, участвующих в его пластической деформации.

Задачей изобретения является усиление указанной составляющей электропластического эффекта за счет применения совместно с импульсным током СВЧ-излучения как дополнительного энергетического воздействия на деформируемый металл, а также наличия самостоятельного влияния фактора СВЧ-излучения на пластическую деформацию стальной заготовки с определением технической значимости указанного влияния, которое наряду с действием импульсного тока может самостоятельно снижать сопротивление металла деформированию и усиливать в нем релаксационные процессы в условиях кратковременных остановок активного деформирования образцов (заготовок) и связанного с этим преждевременного упрочнения металла.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе электропластическая обработка стальных заготовок из стали марки 12Х18Н10Т давлением осуществляется совместно с действием СВЧ-излучения на заготовки, что вызывает электронный парамагнитный резонанс и усиливает спиновое разупрочнение металла, свойственное электоропластической деформации стали.

Технический результат достигается за счет того, что через механически деформируемую заготовку пропускают импульсный ток с амплитудной плотностью (0,5-1)10³ А/мм², длительностью импульсов (1-2,5)10^-4 сек, а также с частотой следования импульсов, определяемой в зависимости от скорости движения заготовки по формуле V=Lxν, где L - длина зоны пластической обработки и ν - частота следования импульсов тока, осуществляют СВЧ-облучение деформируемой зоны в поперечном направлении. Кроме того, возможно обработку током и СВЧ-облучением деформируемой заготовки производить при статическом нагружении заготовки, для чего деформацию заготовки периодически останавливают на 1-3 минуты, а энергетическое воздействие продолжают.

Заготовка подвергалась пластической деформации. По достижении нагрузки в интервале 0,16-1,45 кН пропускался импульсный ток амплитудной плотностью (0,5-1,0)10³ А/мм², длительностью импульсов (1-2,5)10^-4 сек и частотой следования импульсов, определяемой в зависимости от скорости движения заготовки при условии V=Lν, где L - длина зоны пластической деформации, мм, ν - частота следования импульсов тока, Гц, и одновременно проводилось СВЧ-облучение деформируемой зоны заготовки. В опытах по релаксации напряжений заготовку обрабатывали одиночными импульсами тока. Рабочая часть образца была 28 мм.

При обработке металлов давлением рекомендуемая скорость не более 1 м/сек, рекомендуемая длина зоны пластической обработки 10-50 мм. При определении частоты импульсного тока в процессах проработки всех участков заготовки, движущейся через зону деформации, можно порекомендовать коэффициент заполнения импульсами этой зоны, равный двум, тогда частота импульсного тока (в соответствии с указанной формулой) будет (ν=V/L) от 20 до 100 Гц.

Проведенные испытания показали:

1. после остановки привода машины в первые 2-3 секунды релаксации напряжений совместное действие тока и СВЧ-излучения при ориентации компоненты поля Е поперечно оси образца создавало падение нагрузки (с учетом вычета теплового действия) 10-12%;

2. падение нагрузки за 3-минутную паузу релаксации при действии лишь импульсов тока составляло до 16,8-17,5%. При действии лишь поперечного поля Е СВЧ-излучения эффект падения нагрузки составил 11,2-11,4%. При совместном действии тока и СВЧ-излучения эффект падения нагрузки (поле Е поперечно оси образца) составил 21,9-22,5%;

3. при действии лишь продольного поля Е СВЧ-излучения эффект падения нагрузки составил 11,9-12,3%. В испытаниях при совместном действии тока и СВЧ-излучения и продольной ориентации компоненты поля Е относительно оси образца эффект падения нагрузки уже составлял 29,8-30%.

Доказательство возможности практического осуществления предлагаемого способа и достижение положительного результата проводилось путем сопоставительного анализа предлагаемого способа с прототипом при проведении опытов с моделями, в качестве которых использовались тонкие образцы-лопаточки из нержавеющей стали 12Х18Н10Т растяжением (пластической деформацией) образцов с постоянной скоростью с включением пауз релаксации приложенных напряжений путем выключения привода испытательной машины без разгрузки образцов.

Установлено, что заявленный способ обработки металлов давлением в разновидности растяжения образцов с постоянной скоростью отличается от прототипа дополнительным уменьшением сопротивлением металла электропластического деформирования на 10-17,5% при действии лишь импульсами тока. При действии лишь СВЧ-излучения на процессы пластической деформации эффект падения нагрузки составляет порядка 11,2-12,3%. Усиление релаксации напряжения до 30% происходит при совместном действии тока и СВЧ-излучения и продольной ориентации компоненты поля Е относительно оси образца.

Использование предлагаемого способа обработки металлов давлением с действием в зону деформации одновременно импульсного тока и СВЧ-излучения позволяет интенсифицировать процесс электропластической обработки металлов давлением в большей степени, чем при обычной обработки металлов давлением без тока или с действием лишь импульсного тока в зоне пластической деформации.

Изобретение относится к области металлургии и может быть применено при обработке металлов давлением. Для снижения сопротивления металла деформированию и усиления релаксационных процессов на движущуюся проволочную или полосовую заготовку в области зоны деформации одновременно воздействуют СВЧ-излучением и импульсным током в продольном направлении вдоль заготовки, вызывающего электропластический эффект в металле при амплитудной плотности тока J_m примерно 10³ А/мм², длительности импульсов τ примерно 10^-4 сек и частоте следования импульсов в несколько сот Гц в зависимости от скорости движения заготовки. Способ предусматривает также кратковременные остановки активного деформирования заготовок с целью предотвращения преждевременного упрочнения и для усиления в это время влияния СВЧ-излучения и импульсного тока до 30% за счет спинового разупрочнения и электропластического эффекта. В результате применения СВЧ-излучения усиливается третья составляющая электропластического эффекта в виде спинового разупрочнения металла, помимо действия «электронного ветра» импульсного тока, пластифицирующего металл, и пинч-эффекта собственного магнитного поля тока, создающего вибрацию металла. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки стальных заготовок давлением, включающий пластическую деформацию заготовки и одновременное воздействие на неё импульсным током, отличающийся тем, что воздействие импульсным током осуществляют с амплитудной плотностью (0,5-1)10³ А/мм², длительностью импульсов (1-2,5)10^-4 с и частотой следования импульсов, определяемой в зависимости от скорости движения заготовки по формуле V=L·ν, где L - длина зоны пластической обработки и ν - частота следования импульсов тока, и проводят одновременно СВЧ-облучение деформируемой зоны заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластическую деформацию заготовки осуществляют с периодической остановкой на 1-3 мин, а в периоды остановки воздействуют импульсным током и СВЧ-облучением.