Способ термической обработки деталей из алюминиевого сплава В95пч в импульсном магнитном поле Российский патент 2021 года по МПК C22F1/53 C22F3/02 C22C21/10 

Изобретение относится к области металлургии и термической обработки алюминиевых сплавов.

Известен способ проведения термической обработки материалов [Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989, с. 93-97.]. Способ заключается в помещении деталей из металлических сплавов в индуктор и обработке их импульсами магнитного поля различной напряженности, длительности и количества. Недостатками этого способа являются конструктивная сложность используемого оборудования, включающего блоки формирователя импульсов, программные устройства и др., высокие напряженности накладываемых полей и недостаточно однородная структура сплава после обработки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ термической обработки материалов алюминиевых сплавов [Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986, с. 496.], заключающийся в нагреве алюминиевого сплава В95 до 460°C, закалке в холодной воде и старении 2-6 ч при 120°C; при этом достигаются значения микротвердости от 500 МПа до 600 МПа (51-62 кГ/мм²).

Недостатком этого способа является недостаточно высокие значения параметров, характеризующих пластические свойства материала, а также низкая однородность материала после обработки.

Задачей изобретения является повышение пластичности алюминиевого сплава В95пч при одновременном снижении микротвердости, а также достижение наиболее однородной дисперсной структуры материала после термомагнитной обработки.

Указанная задача достигается тем, что в способе термомагнитной обработки деталей из алюминиевого сплава В95пч, при котором их нагревают до температуры 140±5°C и искусственно старят (выдерживают) в течение 2-8 часов, одновременно с старением детали подвергаются воздействию внешнего импульсного магнитного поля с амплитудой напряженности 557,2±79,6 кА/м (7,0±1,0 кЭ), частотой импульсного магнитного поля 2 Гц и отношением t₁/t₂~1,5-2, где t₁ - длительность импульса, где t₂ - длительность паузы, t₁+t₂ - период импульса. Предварительно перед искусственным старением детали подвергали закалке с температуры 470°C (0,5 ч) в воду с температурой 20°C.

При решении поставленной задачи создается результат, который заключается в следующем. При воздействии на детали из алюминиевого сплава В95пч импульсного магнитного поля при повышенной температуре происходит изменение кинетики старения сплава, приводящее к изменению структуры сплава, понижению микротвердости и однородности структуры сплава, так что его пластичность существенным образом увеличивается.

Пример конкретного выполнения. Образец из алюминиевого сплава В95пч старили в импульсом магнитном поле и без него при температуре 140±5°C, времени старения от 2 до 8 часов с амплитудой напряженности внешнего импульсного магнитного поля с амплитудой напряженности 557,2±79,6 кА/м (7,0±1,0 кЭ), частотой импульсного магнитного поля 2 Гц и отношением t₁/t₂~1,5-2, где t₁ - длительность импульса, где t₂ - длительность паузы, t₁+t₂ - период импульса. Предварительно перед старением образцы подвергали закалке с температуры 470°C (0,5 ч) в воду с температурой 20°C.

Старение проводили на установке, позволяющей осуществлять его в вакууме в импульсном магнитном поле, создаваемом электромагнитом ФЛ-1 (производства МГУ) с электронным блоком питания и управления. Форму сигнала импульсного магнитного поля можно описать следующим выражением:

где H_o=557,2 кА/м (7,0 кЭ) - амплитуда импульсной гармонической составляющей магнитного поля; ƒ - частота магнитного поля; t₁ - длительность импульса; t₂ - длительность паузы (задержки импульса), , t₁+t₂ - период импульса.

После искусственного старения на образцах, состаренных в поле и без него, измеряли среднее значение микротвердости по Виккерсу (в МПа (кГ/мм²)) (Таблица 1), средний размер блоков когерентного рассеяния (D), относительную микродеформацию (Δd/d) и плотность дислокаций (ρ) (Таблица 2).

Среднее значение микротвердости в закаленном состоянии составляло 1363 МПа (139 кГ/мм²). Из Таблицы №1 видно, что наложение импульсного магнитного поля на все режимы термомагнитной обработки всегда приводит к заметному увеличению пластичности сплава и к уменьшению среднего значения микротвердости на 19-58% по сравнению с образцами, состаренными без наложения поля.

Из Таблицы №2 видно, что после термомагнитной обработки зависимости параметров тонкой структуры коррелируют с зависимостью микротвердости, что подчиняется основным закономерностям процесса старения. Значения средних размеров блоков когерентного рассеяния при наложении импульсного магнитного поля В95пч всегда больше, чем в его отсутствие, а значения величин относительных микродеформаций и плотности дислокаций при наложении поля ниже, чем значения, полученные без него. Это свидетельствует о том, что структура сплава при наложении внешнего импульсного магнитного поля становится менее искаженной, чем в его отсутствии.

Таким образом, установлено, что наложение импульсного магнитного поля в частотой 2 Гц на старение алюминиевого сплава В95пч всегда приводит к увеличению его пластичности при одновременном снижении микротвердости (в 19-58% раз), достижению однородной структуры материала после термомагнитной обработки более в D_ИМП./D_т/o=(468 нм-102 нм)/102 нм=3,5 раз.

Использование импульсного магнитного поля заявляемым изобретением позволяет повысить пластичность сплава при одновременном снижении микротвердости до 58% по сравнению с образцами, подвергнутыми термической обработки без наложения импульсного магнитного поля, а также к увеличению однородности сплава В95пч.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке алюминиевых сплавов. Способ термической обработки деталей из алюминиевого сплава В95пч включает нагрев до температуры 140±5°C и старение в течение 2-8 часов, при этом одновременно с искусственным старением деталей из алюминиевого сплава их подвергают воздействию внешнего импульсного магнитного поля напряженностью с амплитудой напряженности 7,0±1,0 кЭ и частотой импульсного магнитного поля 2 Гц. Техническим результатом изобретения является повышение прочностных свойств материала, а также достижение наиболее однородной мелкодисперсной структуры. 2 табл., 1 пр.

Способ термической обработки деталей из алюминиевого сплава В95пч, включающий нагрев деталей и старение, отличающийся тем, что нагрев деталей осуществляют до температуры 140±5°C, старение осуществляют в течение 2-8 часов, при этом одновременно с искусственным старением деталей из алюминиевого сплава их подвергают воздействию внешнего импульсного магнитного поля напряженностью с амплитудой напряженности 7,0±1,0 кЭ и частотой импульсного магнитного поля 2 Гц