Способ обработки металлов и сплавов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876608/02 (22) 23.10.90 (46) 15.01.93. Бюл. N 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб (72) В,И, Горелов (56) Лихачев В.А. и др. Эффект памяти формы, Л., ЛГУ, 1987, с. 106 — 132. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И

СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к термомеханической обработке и может быть использовано в металлургии и машиностроении, в том числе в ракетостроении, авиации, в точном машиностроении, в строительстве, в нефтяной и газовой промышленности при изготовлении и монтаже труб нефтяного сортамента и других отраслях. Способ обработки металлов и сплавов включает нагрев и пластическую деформацию под нагрузкой при температуре нагрева с получением остаточной деформации, снятие нагрузки, охлаждение, последующий нагрев для восстановления деформации. Новым в способе является то, что пластическую деформацию проводят в условиях ползучести, охлаждение осуществляют со скоростями, позволяющими фиксировать остаточную деформацию, а последующий нагрев проводят с протеканием обратной ползучести, Деформацию в условиях ползучести осуществИзобретение относится к термомеханической обработке и может быть использовано в металлургии и машиностроении. в том числе в ракетостроении, авиации, в точном

" машиностроении, в строительстве, в нефтяной и газовой промышленности при изго„„ Ы„„1788077 Al (я)з С 21 F 1/00; С 21 0 1/78 ляют при температуре, составляющей

0,2 — 0,65 от температуры плавления. Для сплавов, претерпевающих фазовые превращения, деформирование в условиях ползучести осуществляют при температуре, не превышающей температуру фазового превращения, Деформацию ползучести осуществляют путем изгиба, кручения, сжатием, растяжением, Для обработки алюминия и

его сплавов деформирование проводят при температуре 200 С с напряжением оастяжения 17 кг/мм, кручения 8,66 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 1,5 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры

200 С. При обработке армко-железа деформирование проводят при температуре

400 С и напряжении растяжения 12,4 кг/мм, напряжении кручения 6,95 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры

400 С. При обработке легированных сталей деформирование проводят при температуре 450 С с напряжением 30 — 45 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры

450 С. При обработке жаропрочных сплавов на основе никеля деформирование проводят при температуре 600 С и напряжении растяжения 20 кг/мм2, охлаждение ведут со скоростью 1-1,2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 800 С, 10 з.п.флы, 1 табл., 10 ил. товлении и монтаже труб нефтяного сортамента и других отраслях.

Наиболее близким к предлагаемому способу обработки металлов и сплавов по технической сущности и достигаемому результату является способ обработки метал1788077

40 ние

3 лов и сплавов, включающий нагрев и пластическую деформаци|о под нагрузкой при температуре нагрева с получением остаточной деформации, снлтие нагрузки, охлаждение, последующий нагрев для восстановления деформации.

Недостатком способа лвллетсл сильное влияние на эффект памяти формы состава, которое обнаружено у многих сплавов, Во многих сплавах, конструкционных, такого эффекта вообще не обнаруживается или он проявляетсл после сложной технологической обработки.

Цель|о изобретения явллетсл расширение технологических возможностей за счет обработки всех известных в технике сплавов, способных к ползучести в широком диапазоне температур.

Наилучшие результаты в реализации способа получены при проведении процесса при следующих условиях; деформацию в условйлх ползучести осуществляют при температуре, составляющей.

0,2-0,65 от температуры плавления; для сплавов, претерпевающих фазовые превращения, деформацию в условилх ползучести осуществляют при температуре, не превышающей температуру фазового ripeвращения; в случае совмещенил процесса закалки и механического деформирования отслеживают температуру закалки, при этом деформирование проводят в режиме спонтанной ползучести; деформацию ползучести осуществляют путем изгиба, кручения, сжатием, растяжением; для обработкйалюмийия и его сплавов деформирование прбводлт при температуре 200 С, с напряжением растяжения 17 кг/мм2, кручения 8,66 кг/мм2,-охлаждение ведут со скоростью 1,5 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 200 С; .длл обработки армко-железа деформирование проводят при температуре 400 С с напряжением растяжения 12,4 кг/мм, наг. пря>кением кручения 6,95 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры

4000 С;. для обработки легированных сталей деформирование проводят при температуре

450 С с напряжением растяжения 30 — 45 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью

2ОС/с, а последующий нагрев ведут до температуры 450 С; для обрабо;"ки жаропрочных сплавов на основе никеля деформирование проводят при температуре 800" С с напряжением растяжения 20 кг/мм, напряжением кручения

11,54 кг/мм, охлаждение ведут со скоростью 1 — 1,2 С/с, а последующий нагрев ведут до температуры 800 С

Сопоставление технико-экономических показателей технического решения и прототипа приведено в таблице, Из сопоставления технико-экономических показателей следует, что предложенное техническое решение позволяет добитьсл возврата деформации после нагрева для сплавов, для которых добиться эффекта памяти формы известными способами не удается, например, для конструкционных сплавов и что длл реализации эффекта памяти формы влияние состава сведено к минимуму — любой сплав, способный к ползучести при повышенной температуре, может быть обработан по предлагаемому техническому решению.

Следовательно, заявленное техническое решение обеспечивает при использовании получение положительного эффекта, На фиг,1 изобра>кено графически явление частичного восстановления размеров при нагреве металлических образцов, предварительно подвергнутых ползучести, а затем мгновенно, охлажденных и разгруженных, Позиция 1 — это кривая ползучести, позиция 2 — это деформация возврата. Позицил 4 отражает явление, открытое автором и обозначенное в тексте описания как явление частичного восстановления размеров, Позиция 3 отражает поведение образцов йри резком охлаждении в момент начала осуществления обратной ползучести и далее в условиях сохранения температуры охла>кдения. На фиг,2 — 10 изобра>кено графически то же явление для металлов соответственно ЭИ-437Б растяжение, ЭИ437Б — кручение, железо-армко — растяжение, железо-армко — кручение, Д16 — растяжение, Д16 — кручение, 40XCH2MBcD, ЗХВ4СФ, 5XH1M —.растяжеПример 1, Цилиндрические образцы с рабочей длиной .100 мм диаметром 10 мм из сплава ЭИ437Б (сплав 75% никеля и 25% хрома) подвергают ползучести на растяжение в течение 8 ч. Образцы испытывают на

50 машине УБ-ЗБ.

Температуру испытания назначают

800 С при напряжении 20 кгlмм . После 8 ч ползучести образцы разгружают и одновременно в течение 15 с в закрытом простран55 стве охлаждают водопроводной водой.

После этого образцы в течение недели выдерживают при)<омнатной температуре. Затем образцы нагревают до температуры испытания (800 С). При этом наблюдают деформацию возврата. Вид кривой соответст1788077 вует кривой возврата, которая получается после разгрузки, но без охлаждения (фиг.2).

На фиг.2 видно, что речь идет о частичном восстановлении размеров исходной заготовки (элемента). Обработанные образцы (после ползучести, разгрузки с одновременным охлаждением, выдержки) используют при изготовлении неразъемных соединений, для чего вместе с конструкцией нагревают до 800 С. fl р и м е р 2. Процесс осуществляют так же, как в примере 1, но цилиндрический образец из ЭИ437Б подвергают ползучести на кручение при напряжении кручения 11,54 кг/ммг. Материал и размеры образца те же, что и в примере 1. Ход процесса показан на фиг.3.

Пример 3. Процесс осуществляется так же, как в примере 1, но образец берут из железа-армко, температуру испытания назначают 400 С при напряжении растяжения 12,4 кг/мм . Ход процесса показан г на фиг.4.

Пример 4. Процесс осуществляют так же, как в примере 3, но цилиндрический образец из железа-армко подвергают ползучести на кручение при напряжении сдвига

6,95 кг/ммг. MaTeðèàë и размер образца те же, что и в примере 3. Ход процесса показан на фиг,5.

Пример 5. Трубчатый цилиндрический образец выполняют из трубы из алюминиевого сплава марки Д16 в закаленном и естественно состаренном состоянии с наружным диаметром 147 мм и толщиной стенки основного сечения 11 мм (ГОСТ

23786-79), На образце выполняют наружную проточку длиной 210 мм и глубиной 5 мм. Общую длину трубчатого образца принимают 3000 мм. Испытания проводят на стенде ВНИИТнефть СТК-8000.

Образец подвергают ползучести на рас.тяжение в рабочей части — в месте располо.жения проточки, в течение 20 ч при напряжении 17 кг/мм . Температуру испыг тания принимают 200 С. После 20 ч ползучести образец разгружают и одновременно в течение 1,5 с охлаждают с помощью спреерного устройства, после чего наблюдают уменьшение длины рабочей части образца (210 мм) за счет упругой деформации и температурной. После этого образец в течение суток выдерживают при комнатной температуре. Затем образец нагревают до температуры испытания, т.е, до 200 С. После ., нагрева наблюдают деформацию возврата.

Вид кривой (фиг.6) соответствует кривой возврата, которая была получена после разгрузки, но беэ охлаждения.

Пример 6. Процесс осуществляют так же, как в примере 5, но трубчатый цилиндрический образец иэ Д16 подвергают ползучести на кручение при напряжении

5 кручения 8,66 кг/мм . В этом случае наблюг даемое уменьшение длины рабочей части образца (210 мм) после охлаждения происходит за счет только температурной деформации..Ход процесса для рассматриваемого

10 случая показан на фиг.7

П р и и е р 7. Цилиндрические образцы с рабочей длиной 100 мм диаметром 10 мм из отожженной стали 40ХСН2МВФ подвергают полэучести на растяжение в течение

15 150 часов при напряжении 45 кг/мм . Обг разцы испытйвают на машине "ЦСТ-3/Э" (ГДР). Температуру испытания назначают

450 С. После 150 ч ползучести образцы разгружают и одновременно в течение 2 с

20 охлаждают струей воды, после чего наблюдают уменьшение длины рабочей части за счет упругой и температурной деформаций. После этою образец в течение 20 сут выдерживают при комнатной температу25 ре. Затем образец нагревают до температуры испытания 480 С. При этом наблюдают деформацию возврата. Вид кривой соответствует кривой возврата, которая получается после разгрузки, но беэ

30 охлаждения {фиг.8)..

Пример 8. Процесс осуществляют так же, как в примере 7, но образец берут из отожженной стали ЗХВ4СФ. Параметры процесса те же, кроме напряжения, прини35 маемого 30 кг/мм . Ход процесса для г

3ХВ4СФ показан на фиг.9, Пример 9. Процесс осуществляют т.- к же, как в примере 7, но образец берут из отожженной стали 5ХН1М. Параметры пго40 цесса те же, кроме напряжения, принимае.. мого 40 кг/мм . Ход процесса для 5ХН1М показан на фиг.10.

Изобретение позволяет осуществить непосредственный перевод тепловой

45 энергии в механическую для любых металлов, в том числе черных. Такая универсальность предлагаемого способа позволяет создать на его основе силовые механические конструкции при изготовлении, мон50 та>ке и ремонте в различных отраслях, конкурирующие и превосходящие по эко.номическим показателям в несколько раз. например; сварку.

55 .Формула изобретения

1.Способ обработки металлов и сплавов, включающий нагрев и пластическую деформацию под нагрузкой при температуре нагрева с получением остаточной деформации, снятие нагрузки, охлаждение, последу1788077

Ренин обработки

Способ

Возврат лефорнацни, г х 10

Материал

Теипература

Фазового превращения, С

Температура плавления, С

Название грев, нпераура, С

Скорость охлаиления, C/c

Теипера- Напряхетура, С ние, кг/ннх оил воа воо

Предломенный ЭИ4376

1600 670-900 Растляение го

11,54

1г,4

6,95 l7

8,66

1,0

800

ВОО

4ОО

400

Круненив

1,2

1,05

1,25

0,5

1,О

1520 911 Растяхение

Келезоарико

400

1 00

Круиение

Растяяенне

Кручение

Растяяение

lt бба 490

1,5

1,5

2 н Д16 гоа

200

200 гоо

523

40ХСН2МОФ

ЗХ84СФ н

1600 725-770

1600 830-900

450 о,5

2,5

1,5

5,5-16 н

450 .

1600 830-900

450

5ХН1Н

Сплав на осноИзвестный

1О ве никепила титана:

44,62

52,7Х

2,72

П р и и е ч а н и е; Реянн лефорнирования иикелила титана назнаыается по О.А.Лнхаиеау. ющий нагрев для восстановления деформации, отличающийся тем, что, с целью обработки всех известных в технике сплавов, способных к ползучести в широком диапазоне температур, пластическую деформацию проводят в условиях ползучести, охлаждение осуществляют со скоростя-. ми, позволяющими фиксировать неравновесное высокотемпературное состояние, а последующий нагрев проводят с протеканием обратной ползучести, 2 Способ по п.1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что деформацию в условиях ползучести осуществляют при температуре от 0,2-0,65 от температуры плавления.

З,Способ по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что для сплавов, претерпевающих фазовые превращения, деформацию в условиях ползучести осуществляют при температуре, не превышающей температуру фазового превращения, 4,Способ по пп.1-3, о т л и ч à io щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют путем изгиба, .

5.Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют путем кручения.

6.Способ по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют сжатием, 7,Способ по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию ползучести осуществляют растяжением, 8.Способ попп,1 и 2, отл ича ю щи й5 с я тем, что деформацию алюминия и его сплавов осуществляют при температуре

200 С с напряжением растяжения 17 кг/мм, кручения 8,66 кг/мм, охлаждение

1 2 ведут со скоростью 1,5 С/с, а последующий

10 нагрев ведут до 200 С.

9,Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что деформацию армко-железа осуществляют при температуре 400 С с напря2 жением растяжения 12,4 кг/MM

15 напряжением кручения 6,95 кг/мм, охлаж2 дение ведут со скоростью 2 С/с, а последу1ощий нагрев ведут до 400 С, 10.Способ попп,1и2,отл ича ю щий с я тем, что деформаци1о легированных

20 сталей осуществляют при температуре 450 С с напряжением растяжения 30 — 45 кг/мм, ох2 лаждение ведут со скоростью 2 С/с, а последующий нагрев ведут до 450 С.

11.Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и25 и с я тем, что деформацию жаропрочных сплавов на основе никеля осуществляют при температуре 800 С, с напря>кением растяжению 20 кг/мм, напряжением кручения

11,54 кг/мм, охлаждение ведут со скоро2

30 стью 1 — 1,2 С, а последующий нагрев ведут до температуры 800 С.

1788077

1788077

1788077

1788077

1788077

Редактор

Заказ 52 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Я9 ь, )

Л

1

O rs ь г ф7

Ъ

Ь ь 3 Р (% Ф

Составитель Е.Носырева

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова