Способ обработки заготовок из технически чистого титана вт1-0

Авторы патента:

Загуляев Дмитрий Валерьевич (RU)

Шляров Виталий Владиславович (RU)

C22F3/02 - кристаллизацией с применением ультразвука, электрических или магнитных силовых полей

Владельцы патента RU 2753845:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к обработке заготовок из технически чистого титана ВТ1-0, и может быть использовано в автомобильной и аэрокосмической промышленности. Способ обработки заготовок из технически чистого титана ВТ1-0 включает воздействие на заготовки постоянным магнитным полем, при этом воздействуют на заготовки постоянным магнитным полем с индукцией от 0,3 до менее 0,5 Тл в течение 1-2 часов. Обеспечивается повышение энергоэффективности производства изделий из технического титана ВТ1-0 методами пластической деформации за счет пластификации посредством магнитно-полевых воздействий. Снижается микротвердость. 1 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области обработки заготовок, изготовленных из технически чистого титана ВТ 1-0 и сплавов на его основе, и может быть использовано в автомобильной и аэрокосмической промышленности, где титановые сплавы нашли широкое применение. Титановые сплавы достаточно трудоемки при обработке, поэтому затраты на их обработку значительно выше в сравнении с большинством других конструкционных металлов. В частности, большинство титановых сплавов трудно поддаются деформации при комнатной температуре, поэтому снижение энергозатрат становиться все более актуальной проблемой.

Существуют различные технологии предварительной обработки изделий перед процессами пластического деформирования, которые направлены на пластификацию металла и, как следствие, снижение энергозатрат при металлообработке. Исследования в области улучшения энергоэффективности производства деталей посредством внешних энергетических воздействий подтверждаются такими техническими решениями, как:

- «Способ повышения механической устойчивости и прочности листовых заготовок из алюминий-магниевых сплавов с использованием эффекта электропластической деформации», RU №2624877 C22F 1/047, опубл. 16.05.2017. Способ включает механическую обработку заготовки с одновременным пропусканием постоянного электрического тока плотностью от 30 А/мм² до 50 А/мм² для подавления полосообразования и прерывистой деформации с одновременным увеличением прочности сплава.

- «Электрофизический способ повышения прочности и механической устойчивости листовых заготовок из алюминий-магниевых сплавов», RU №2720289 МПК C22F 1/047, C22F 3/00, опубл. 28.04.2020. Способ обработки листовых заготовок промышленных алюминий-магниевых сплавов включает механическую обработку заготовки давлением с одновременным пропусканием импульсного электрического тока. Пропускают через заготовку импульсный электрический ток с частотой следования 800 Гц прямоугольных импульсов, амплитудой 30-34 А/мм², длительностью 1 мс, вызывающего джоулев нагрев заготовки не более чем на 1°С.

Недостатками представленных технологий является временная пластификация материала, соизмеримая с длительностью токового импульса, в результате чего, повторяющиеся импульсы тока создают прерывистую пластическую деформацию материала. Недостатком также являются существенные энергозатраты на создание токов достаточно большой плотности. Обеспечение технологических операций требует громоздкого и дорогостоящего оборудования.

Известен также способ регулирования ресурса работы изделий, изготавливаемых из поликристаллической меди марки М006, эксплуатирующихся в условиях ползучести (RU №2616742 МПК C22F 1/08, опубл. 18.04.2017). Способ повышения долговечности изделия из поликристаллической меди, работающего в условиях ползучести, включает определение относительного изменения скорости ползучести изделия на линейном участке кривой ползучести, при этом замедляют процесс ползучести путем воздействия на изделие постоянным магнитным полем от 0,05 до 0,6 Тл.

Так как медь и сплавы на ее основе по магнитным свойствам относятся к классам диамагнетиков, становится невозможным применение данной технологии в том виде, в котором она представлена, использовать на сплавах титана. Ползучесть является частным видом пластической деформации, приводящая к разрушению материала при постоянной нагрузке, что также не позволяет применять предложенный способ для пластификации материала, как предварительный этап подготовки изделия к дальнейшим технологическим операциям.

Поскольку технический титан ВТ1-0 по своим магнитным свойствам относится к классу парамагнетиков, наиболее близким к заявляемому является способ изменения скорости ползучести изделия из алюминия, работающего в условиях ползучести (RU №2502825 МПК C22F 3/02, C22F 1/04, опубл. 27.12.2013). Ускорение или замедление процесса ползучести осуществляют путем воздействия на изделие постоянным магнитным полем, при этом замедление проводят воздействием магнитным полем с индукцией 0,15-0,3 Тл, а ускорение - воздействием магнитным полем с индукцией 0,01-0,15 Тл. Изобретение позволяет управлять скоростью ползучести технически чистого алюминия в интервале от 55% до 54%, это дает возможность изменять долговечность изделий из алюминия, работающих в условиях ползучести.

Недостатком прототипа являются слишком малая индукция магнитного поля 0,01-0,3 Тл. Как показали лабораторные исследования при индукциях магнитного поля менее 0,3 Тл титан марки ВТ1-0 не испытывает изменений прочностных характеристик, и, как следствие это не позволяет использовать данный способ для уменьшения микротвердости изделий из технического титана ВТ1-0.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении энергоэффективности производства заготовок из технически чистого титана ВТ1-0 и сплавов на его основе методами пластической деформации за счет пластификации посредством магнитно-полевых воздействий, для получения пониженной микротвердости.

Существующая техническая проблема реализуется способом уменьшения микротвердости технически чистого титана ВТ1-0 для дальнейшей обработки методами пластической деформации. Способ включает воздействие на заготовку из технически чистого титана ВТ1-0 постоянным магнитным полем с индукцией от 0,3 до менее 0,5 Тл и временем выдержки в магнитном поле от 1 до 2 ч.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения заключается в уменьшении нагрузки на оснастку при дальнейшей обработке заготовок методами пластической деформации, за счет уменьшения микротвердости поликристаллического технического титана, предварительно помещенного под воздействие постоянного магнитного поля с индукцией от 0,3 до менее 0,5 Тл на 1-2 часа, после чего заготовка становится пластичнее на 2,9-8,33%.

Предлагаемый способ проиллюстрирован графиками, изображенными на чертеже, где представлены зависимости относительного изменения микротвердости заготовок от индукции магнитного поля и от времени выдержки в магнитном поле: а - индукция магнитного поля 0,3 Тл; 6 -индукция магнитного поля 0,4 Тл; в - индукция магнитного поля 0,49 Тл.

Установлено, что величина изменения микротвердости заготовок из технически чистого титана ВТ0-1 зависит от величины индукции магнитного поля и от времени выдержки в нем. Проведенная серия лабораторных исследований показала, что воздействие магнитным полем приводит к снижению значения микротвердости технического титана с последующей ее релаксацией до исходного значения.

Для количественной оценки влияния магнитного поля на изделие использовали понятие относительного изменения микротвердости «Q», вычисления проводились по соотношению:

где HV - значение микротвердости образца, выдержанного в магнитном поле, HV₀ - исходное значение микротвердости.

Характеристика пластичности, определенная методом микроиндентирования по Виккерсу, определяется по соотношению:

где HV - значение микротвердости, Е - модуль Юнга,

υ - коэффициент Пуассона (Мильман, Ю.В. Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Вопросы атомной науки и техники. - 2011. - №4. - С. 182-187).

В результате обработки постоянным магнитным полем с индукцией от 0,3 до менее 0,5 Тл и временем выдержки от 1 до 2 часов изменяется параметр пластичности титана марки ВТ 1-0.

Относительное изменение микротвердости (Q) от времени воздействия магнитным полем для различных значений индукции магнитного поля приведено в таблице.

Способ реализуют следующим образом.

При помощи электромагнита, имеющего возможность регулирования протекающего по катушкам тока, создается постоянное однородное магнитное поле. Заготовка помещается в постоянное магнитное поле, с заранее настроенной индукцией, на определенные промежутки времени, а именно 1 час; 1,5 часа; 2 часа для каждого значения индукции магнитного поля. После выдержки в магнитном поле заготовка попадает в технологическую цепочку, где посредством методов интенсивной пластической деформации (ковка, волочение, штамповка, прокатка и т.д.) формируется конечная форма и размеры готового продукта.

Пример 1 использования изобретения.

Заготовку из технического титана помещают в постоянное магнитное поле с индукцией 0,3 Тл, выдерживают в течение 1 часа, затем проводят обработку методами пластического деформирования.

В результате лабораторных исследований было установлено, что при данном режиме обработки постоянным магнитным полем микротвердость заготовки из технически чистого титана ВТ1-0 уменьшается на 2,9%.

Пример 2 использования изобретения.

Заготовку из технического титана помещают в постоянное магнитное поле с индукцией 0,49 Тл, выдерживают в течение 2 часов, затем проводят обработку методами пластического деформирования.

В результате лабораторных исследований был установлен оптимальный режим обработки постоянным магнитным полем - при 0,49 Тл и времени выдержки в магнитном поле 2 часа, наблюдается максимальное уменьшение микротвердости изделия на 8,5%, с последующей релаксацией до исходного значения за время порядка 25 часов.

С помощью металлографических исследований было установлено, что технический титан марки ВТ1-0 не испытывает структурных изменений при выдержке в постоянном магнитном поле.

Для выбора подходящих режимов, необходимых для достижения нужного результата предлагается пользоваться таблицей, где представлены все значения магнитного поля и времени выдержки, при которых наблюдается снижение микротвердости заготовки из технического титана.

Положительный результат изобретения достигается за счет того, что заготовка, помещенная в поле постоянного магнита с индукцией от 0,3 до менее 0,5 Тл, становится пластичнее на 2,9-8,33%, что позволяет снизить нагрузку на оснастку при дальнейшей обработке заготовок методами интенсивной пластической деформации.

Способ обработки заготовок из технически чистого титана ВТ1-0, включающий воздействие на заготовки постоянным магнитным полем, отличающийся тем, что воздействуют на заготовки постоянным магнитным полем с индукцией от 0,3 до менее 0,5 Тл в течение 1-2 часов.

Изобретение относится к устройствам для обработки поверхности металлических и металлокерамических изделий. Устройство включает эмиттер, который содержит вспомогательные разрядные ячейки с выходными контрагирующими каналами, установленные в указанном основании катодной полости и внутри нее, при этом основная и вспомогательная разрядные ячейки имеют электродную систему, включающую поджигающий электрод, цилиндрический катод и кольцевой магнит, устройство содержит две независимые системы электропитания, выполненные с возможностью асинхронной или синхронной работы, первая из которых соединена с основной разрядной ячейкой, а вторая - с вспомогательными разрядными ячейками, а указанные вспомогательные разрядные ячейки расположены по периметру указанного основания для обеспечения формирования кольцевого электронного пучка большего диаметра, чем у основного технологического электронного пучка, для подогрева основного объема обрабатываемого изделия до требуемой температуры.

Устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов // 2719820

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при получении слитков легких сплавов, фасонном литье и дисперсном упрочнении алюминиевых сплавов путем введения в материал микро- или наночастиц. Устройство для ультразвуковой обработки расплава легких сплавов состоит из пьезоэлектрического преобразователя, концентратора, излучателя из ниобия, тантала или их сплавов длиной не менее длины волны продольных колебаний ультразвука на частоте его возбуждения, при этом на концентраторе в месте минимума механических колебаний выполнен крепежный поясок, симметрично оси концентратора и излучателя размещена охлаждающая камера, выполненная в виде полого цилиндра с патрубками ввода и вывода охлаждающей жидкости, одна из торцевых поверхностей охлаждающей камеры герметично закреплена на пояске концентратора, а вторая торцевая поверхность охлаждающей камеры имеет центральное отверстие и герметично закреплена на поверхности излучателя в месте, расположенном на расстоянии, равном четверти длины волны колебаний в излучателе от места соединения излучателя с концентратором.

Способ использования трубчатого сонотрода // 2702522

Изобретение относится к способам ультразвуковой обработки жидких сплавов алюминия. Способ содержит следующие этапы: обеспечение трубчатого сонотрода (1), образованного из материала, по существу инертного к жидкому алюминию, такого как керамика, причем сонотрод содержит первую концевую область (2), которая открыта, и вторую концевую область (3), которая предпочтительно закрыта, погружение по меньшей мере части открытой (2) концевой области трубчатого сонотрода (1) в жидкий сплав алюминия и воздействие мощными ультразвуковыми волнами на жидкий сплав алюминия посредством трубчатого сонотрода (1).

Способ повышения деформационных свойств тугоплавких металлов // 2685298

Изобретение относится к металлургии, в частности к обработке давлением молибдена, и может быть использовано при изготовлении изделий летательных аппаратов, теплообменников, тепловых экранов. Способ обработки заготовок из холоднодеформированного молибдена включает формообразующую пластическую деформацию путем вытяжки, при этом перед вытяжкой заготовку из холоднодеформированного молибдена подвергают одновременному воздействию потока воздуха и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления в пределах 140-160 дБ в течение 10-20 мин.

Способ термической обработки изделия из псевдо - β титановых сплавов // 2635113

Изобретение относится к способам термической обработки изделий или заготовок из псевдо-β титановых сплавов путем закалки и холодной пластической деформации и может быть реализовано в металлургии, а также в машиностроении в производстве для изготовления конкретных изделий из них, в частности, пружин. Способ термической обработки изделия из псевдо-β титановых сплавов включает нагрев закаленного и продеформированного изделия, его выдержку и охлаждение.

Способ повышения микротвёрдости медных изделий // 2612862

Изобретение относится к обработке меди и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в которых применение находят медь и медные сплавы. Способ обработки изделия из поликристаллической меди заключается в воздействии на изделие постоянным магнитным полем с индукцией от 0,1 до 0,4 Тл и выдержке в магнитном поле в течение 1 часа.

Способ обработки порошкообразного оксида металла в переменном магнитном поле // 2556170

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к способам обработки металлов с использованием магнитных полей, и может быть использовано для обработки твердотельного порошкообразного магнитного и немагнитного материала в переменном магнитном поле для модификации структурно-зависимых свойств этих материалов.

Способ обработки изделий из алюминия марки а85, работающих в условиях релаксации напряжений // 2554251

Изобретение относится к области обработки металлов и может быть использовано для регулирования ресурса работы изделий, изготавливаемых из металлов и эксплуатирующихся в условиях релаксации напряжений. Способ обработки изделий из алюминия марки А85, работающего в условиях релаксации напряжений, осуществляют путем воздействия на изделие электрическим полем, при этом к изделию от стабилизированного источника питания подводят электрический потенциал и увеличивают среднюю скорость релаксации напряжений изменением указанного потенциала в пределах от -1,5 В до 1,5 В.

Способ получения сплава с нарушенной структурой для аккумуляторов водорода. // 2529339

Изобретение относится к металлургической и электрохимической промышленности и может быть использовано при изготовлении сплавов для аккумуляторов водорода. На сплав в режиме кристаллизации и охлаждения подают постоянный ток с наложением на его несущую модулированного сигнала в виде импульсного переменного тока.

Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий // 2518041

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения лигатур на основе алюминия, и может быть использовано при получении лигатуры алюминий-титан-цирконий, применяемой для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ получения лигатуры алюминий-титан-цирконий включает плавление бинарных лигатурных сплавов алюминий-титан и алюминий-цирконий при поддержании отношения по массе титана к цирконию от 0,15 до 1,5, нагрев расплава до температуры на 160-300°С выше температуры ликвидуса, перемешивание расплава, воздействие на расплав низкочастотными колебаниями для равномерного распределения алюминидов не менее 1 минуты и проведение кристаллизации расплава со скоростью 103-104 град/с.

Способ термической обработки деталей из алюминиевого сплава в95пч в импульсном магнитном поле // 2761842

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.