Способ обработки металлическихдЕТАлЕй Советский патент 1981 года по МПК B23P6/00 

1

Изобретение относится к способам восстановления прочностных свойств детёшей машин путем термической обработки..

Известен способ обработки метгшлических деталей, при котЪром Деталь вьщерживают без нагрузки при.кокшатной температуре в течение длительнЬго времени, например, в течение нескольких месяцев. Такая обработка обеспечивает уменьшение концентрации микротрещин вплоть до полного их исчезновения (залечивания) 11.

Недостатком известного способа является чрезмерная длительность обработки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки металлических (медных) деталей, проработавших часть (0,67) своей долговечности. Способ состоит в отжиге детали при температуре, составляющей 0,97 :от температуры плавления меди, и последующем охлаждении до комнатной температуры 2 .

Известный способ обеспечивает увеличение долговечности (срока службы) медных деталей в 1,6 раза. Это незначительное увеличение долговечности деталей, обработанных по упомянутому способу, объясняется разупрочняющим эффектом собирательной рекристаишизации и изменения дислокационной структуры металла при указанной высокой температуре нагрева.

Цель изобретения - увеличение срока службы детали путем уменьшения без разупрочнения концентрации

0 микротрещйн материала детали.

- Это достигается тем, что деталь нагревают до температуры, пропорциоиальной физической постоянной ее материала - энергии активации

5 самодиффузии и определяемой по формуле

Т А + БЕ,

где Т - температура нагрева,К;

А (270110) К ; Б (,2)

fK моль. ккгш J

Е - энергия активации самодиффузии металла детали,

ккалП MoHbJ

Кроме того, способ может багь осуществлен при приложении к нагре ваемой детали механических скл, например при растяжении детали до напряжения, равного 0,5-0,9 предела текучести материала детали при температуре ее нагрева, или при всестороннем сжатии детали. , Пpeдлaгae fым способом можно обрабатывать детали, проработавшие не более 0,6 своей исходной долговечности. При этом обеспечивается упроч нение и увеличение долговечности детали за счет зешечивания микротрещин без изменения размера зерна Мате риала детали, его дислокационной структуры, фазового состава и распре деления примесей. Обработка указанным дйособом целесообразна и для дет лей не подвергавшихся рабочим нагруз кам, так как она повьваает ее долговечность за счет зешечивания микротр щин, образовавиихся в процессе изготовления детали. Обработка деталей, выработавших более О,б своей долгове ности может оказаться нецелесообразной потому, что образовавшаяся в ней магистральная трещина (макротрещина предлагаемым способом не устраняется Скорости нагрева и охлаждения в данном способе аналогичны состввтствуняцим характеристикам в известных операциях отпуска, используекам в практике термообработки металлов и сплавов, а время выдержки при указанной температуре составляет преиму щественно 1,5 ч. Нагрев детали вьвие температуры, устанавливаемой по указанной фо1 «уле, нецелесообразен,, так как эффек упрочнения детали вследствие залечи вания в ней микротрещин может снизиться из-за разупрочнения за счет рекристаллизации металла детали. Пр нагреве детали до температуры, лежа щей ниже интервала нагрева по приве денной формуле, резко увеличивается необходимое для залечивания микротрещин время выдержки детали при этой температуре. Ориентировочное з можно найт чеиие этого временя по зависимости ( где СО 10.- - постоянная; с а - межатомное расстояние; L - средний размер микротрещин; и 0,7 Е, Е - энергия активации сг1модиффузии; К - постоянная Вольцмана; Т - температурка нагрева, К. Восстановление и увеличение долговечности деталей предлагаемым способом может Оыть и многократным, т..е. после обработки детали указанным способом и последующей выработки части ее новой долговечности, она может быть обработана вновь. Пример 1. Из полученной гидроэкструзией проволоки диаметром 2 мм технически чистого алюминия Гд (99,96%), Е 35.1 изготовIМОЛЬ I ляют партию образцов длиной 22 мм, которые затем предварительно отжигают для стабилизации структуры меТсшла. Для нахождения прочностных свойств испытывают серию этих образцов в количестве 40 шт. на ползучесть при комнатной температуре и растягивающем напряжении 4 кг/мм. Получают: средняя долговечность образцов tc 30 мин, средняя скорость стационарной ползучести 5 среднее относительное удлинение ЕС 0,25. Кроме того, установлено, что предел текучести материала при 05 180°С равен (jj. мм V Другие 5 серий этой партии образцов подвергают рабочей растягивающей нагрузке С 4 кг/мм в, течение времени t « (0,4-0,8) tc (см.таблицу). Так, для серии 1 образцов t 0,4 bg 12 мин. После разгрузки обраэци подвергают термообработке для восстановления и повышения их долговечности путем залечивания микротрещин . Для этого все образцы нагревгиот до 180с (или 453 К), кроме образцов 4-й серии, у которых температура нагрева (или 428 К). Эта температура лежит в пределах (428-462) К зоны температур, найденной по формуле Т « А + BE, где А 270 -I- 10 К, В 5 - 0,2 окмо- ь -35. После охлащ ения до комнатной темПерату1Ш образцы испытывают на ползучесть при растяжении с напряжением кг/мм до разрыва. Получено для первой серии образцов: новая долговечность образцов й 183 мин, относительное удлинение - 0,3, средняя скорость стационарной ползучести ,83-10 -. с Как показано для этой серии в таблице долговечность образцов в результате увеличилась в 6,1 раза, скорость ползучести уменьшилась в 5,9 раза, а относительное удлинение увеличилось незначительно - в 1,2 раза. В таблице приведены аналогичные данные и для четырех других серий образцов. Для проверки эффективности повтор ного восстановления долговечности образцы серии 2 вновь нагружают рабочей растягивающей нагрузкой с кг/мм в течение времени OjSoi равного половине новой долговечности I образцов. Как и при первой термообработке температура нагрева образцов iSO С {или 453 к). В результате этой повторной обработки и проведения испытаний на ползучесть при растяжении установлено (см. таблицу), что долговечность 1 л образцов возросла по сравнению с долговечностью с исходных образцов в 10 раз, а скорость стационарной ползучести уменьшилась в 9 раз. Образцы пятой серии нагреваются тои серии нагреваюал;л аи к ним растягивающейпри приложении 0,8 6 а. 0,4 кг/мм нагрузки (j и,и Og Такая обработка с приложением механических усилий позволяет после пер вой термообработ $и увеличить (см. таблицу) долговечность i| образцов в 10,5 раза по сравнению с долговеч костью с исходных образцов,а пос ле второй термообработки - увеличит долговечность с2 в 18 раз. Пример 2. Из холоднокатаных листов толщиной 0,2 мм из промыш ленного алюминиевого сплава, получе ного методом порошковой металлургии (САП-1, содержание частиц 6%) изготовляют образцы в виде поло длиной 22 мм и шириной 3 мм. Энерги активации самодиффузии сплава САП-1 практически одинакова с энергией активации самодиффузии алюминия и равна 35 Образцы подвергают мольпредварительному отжигу и имеют в результате отжига следующие механические характеристики при испытании на ползучесть при растяжении под нагрузкой 6 30 кг/tM : о. 240 мин, ЕС ЗЮ, g:c 0/09. Образцы подвергают рабочей нагрузке 6 30 кг/мм в течение времени t 0,5 с 120 мин. После термообработки при 180®С (или 453 К) механические характеристики образцов следующие: 720 мин, g IlO -, 0,1. Таким образом, эффект упрочнения образцов из САП-1 после однократного, восстановления следующий; - 3. Как и для алюминия, отн 1 сителъное удлинение образцов увеличилось незначительно, приблизительно на 10%. Использование данного изобретения позволяет существенно продлить срок службы деталей, выработавших часть ресурса свгоей долговечности, что особенно важно для ответственных деталей с ограниченным ресурсом долговечности, например в авиационной промышленности. Способ является экономически выгодным, так как не требует для своего осуществления больших материальных затрат и может применяться во время плановых профилактических осмотров узлов изделий. Его внедрение намечено на одном из пред,приятий авиационной промышленности, i

Формула изобретения

1.Способ обработки металлических еталей, заключающийся в нагреве и охлаждении детали, проработавшей часть своей долговечности, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения срока службы, деталь нагревают до температуры, пропорциональной энергии активации самоди узии ее материала и определеяёмой по ч рмуле

Т А + BE,

где Т - температура нагрева. К; A.J; 270 + 10 - постоянная. К;

В - 510,2 - постоянная,

Е - энергия активации самодиффузии материала детали, ккал моль

2.Способ по п.1, отличающий с я тем, что при нагреве к

детали прилагают механические усилия .

3.Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающи.йся тем, что деталь растягивают до напряжения, равного 0,5-0,9 предела текучести материала детали при температуре нагрева.

4.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что к детали прилагают усилия всестороннего сжа, тия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Смирнов B.C. и др. Доклады Академии наук СССР, 1972, т. 203, 5, с. 566-567.

2.Пинес В.Я. и Сидоренко А.Ф. К вопросу об условиях обратимости процесса разрушения металлов под нагрузкой. Доклады Академии наук СССР 1960, т. 131, С, с. 1312-1315 (прототип).