Способ тнрмической обработки микропроволоки из сплавов на никелевой основе для тензорезисторов

 

ОП И НЕ

ИЗО Й

Союз Советских

С оциалниичесних

Республик (и>67 1 4 23 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 210575 (21) 2136006/22-02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 0709,81. Б оллетеиь до 33

С 22 F 1/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (5Ç) УДК 621. 785:

:669.018.55 (088.8) Дата опубликования описания 10.0981 (72) Авторы изобретения

В,В. Ртищев, Д.С. Еленевский, Ю.А. Рощин и Г.B. Васюхина (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Г1ИКРОПРОВОЛОКИ

ИЗ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

ДЛЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ

Изобретение относится к технике пслучения сплавов для чувствительных элементов высокотемпературных тензорезисторов, служащих для измерения

5 аформаций и напряжений деталей и узлов при повышенных температурах. Способ может быть использован для получения стабильной, воспроизводимой и термокомпенсированной, температурной зависи- 1ð мости электросопротивления тензорезистогов в области до 450 С при испытании материалов с различным температурным коэффициентом расширения в случае изготовления чувствительных элементов из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

В настоящее время в качестве чувствительных элементов высокотемпературных тензорезисторов широко применяется микропроволока из сплавов на никелевой основе.

Минимальные изменения электросопротивления в температурной области до 450 С при сохранении стабильнссти и воспроизводимости электрических õàрактерйстик. получены для жаропрочных сплавов на никельхромовой основе типа-3И 617 и ЗИ 826 после проведения термической обработки, включащей проведение операций закалки в воде или на ьоздухе после выдержки в течение 0,1 — 2„0 ч при температурах

1000 — 1200ОС и старения в две ступени при температурах 550 — 650 С в течение 1 — 200 ч и при температурах

400 — 500 С в течение 1 — 700 ч 1 .

Известный способ обработки позволяет получать термокомпенсированную, стабильную и воспроизводимую температурную зависимость электросопротивления высокотемпературных тензорезисторов в области 20 — 450ОС лишь при изменении напряжений и деформаций дв-. талей с определенным температурным коэфФициентом расширения, а линейность температурной зависимости электросопротивления в области 20 — 450ОC для произвольных значений температурного коэффициента электрссопротивления чувствительного элемента (p y) в пределах от — 24 х 10 ь 1/ С до

+30 х l0" 1/ОC с помощью вышеуказанной термической обработки не обеспечивается. В частности, положительные в области комнатных температур значения fbi изменяются при нагревах выше 150 - 200 C не только по величи-. не, но и по знаку, что значительно увеличивает погрешность измерений.

671423

-Такое поведение является следствием специфического влияния на электрические свойства жаропрочных сплавов на никелевой основе процессов распада и упорядочения при.пронедении закалки и старения по известным рекомендациям.

С целью ролучения термокомпенсированной температурной. зависимости электросопротивления тенэорезисторов при измерении напряжений и деформаций материалов с различным температурным коэффициентом расширения, предлагается способ термической обработки микропроволоки иэ сплавов на никелевой основе, отличием которого является проведение охлаждения в процессе закалки в диапазоне температур 1200

400 С со скоростью 15 — 700 град/с.

При проведении термической обработки по предлагаемому способу предусматривается выполнение следующих опера. — gQ ций:

1/ нагрев в проходных печах до температур 1300 — 1200 С и последующее охлаждение ее со скоростью 15

700 С /с в диапазоне температур 1200400 С: .допускается проведение операций нагрева и охлаждения двукратно н случае, если температура нагрева составляет 980 — 900 C:

2/ старение при температуре 550 С в течение 0 — 24 ч г о

3/ старение при температуре 450 С н течение 100 — 150 ч.

Варьирование скорости охлаждения н пределах 15 — 700 С/с в указанном диа пазоне температур после нагрева к тем- пературам закалки позволяет обеспечивать выделение избыточной фазы в различных количествах и различного размера, что оказынает определяющее влияние на возможность получения при пос- Я) ледующем старении термокомпенсиронанной температурной зависимости электросопротивления тензорезистров независимо от величины температурного коэффициента расширения испытываемого материала. В процессе охлаждения микропроволоки из жаропрочных сплавов на никелевой основе с регулируемой ско-. ростью имеет место образование как небольшого количества относительно крупных выделений избыточной у -фазы (размером более 50 A) в диапазоне температур, близких к температуре ее растворимости (составляющей, например, для сплава ЭИ 617 990 С), так и большого количества мелкодисперсных ныделений (зо») при пониженных температурах (400 — 700 С). Сфорггированная при таком охлаждении разноразмернос ь выделений избыточной фазы сохраняется при последующем старении, что и OGecIIe÷ûi àåò линейность температурной зависимости электросопротивления в .области 20 — 450 С для различных по неличине и знаку з,ггачеfind f59 °

Диапазон, в котором регулируется скорость охлаждения, ограничен температурой 400 С, поскольку при более низких температурах процессы распада протекают для жаропрочных спланон на никелевой основе весьма замедленно.

Расширение области возможных температур нагрева под закалку от температуры 1000 — 1200 С, рекомендованной в изнестногл способе,до 900-1200 С произведено н соответствии с тем, что при охлаждении с регулируемой скоростью от температур 900 — 1000 С также возможно получение при последующем старении величин, подходящих для испытания некоторых конструкционных материалов (н частности, имеющих температурный коэффициент расширения

13 х 10 + — 27 х 10 i/ С).

При фиксированной температуре нагрева под закалку количество и размеры выделяющейся при охлаждении избыточной g -фазы, а следовательно, и величины р э жаропрочных сплавов на никелевой основе увеличиваются при уменьшении скорости охлаждения. Для принятых в настоящее время температур под закалку 1000 — 1200 С скорость охлаждения должна составлять менее 45 С/с в случае, если требуется получение после старения величин н области 20-450 С, равных+7 х 10 1/ C или более. При понижении температуры нагрева под закалку до 980 — 900 С и при проведении двукратной операции закалки можно получить требуемые положительные значения рз после старения lipH охлаждении микропроволоки н процессе закалки со скоростью более

45 C/ñ, что весьма выгодно с технологической точки зрения.

Повторение закалки от температур

980 — 900 С н течение трех и более раз необязательно, поскольку предельные требуемые положительные значения

Рз достигаются уже после двукратной закалки. Предлагаемый способ термической обработки микропроволоки из жаропрочных сплавон на никелевой основе обеспечивает нарьиронание величины и знака. температурного коэффициента электросопротинления микропронолоки при сохранении линейности, стабильности и воспроизводимости электриче ких характеристик в области 20 — 450 С. Это позволяет получать н данной температурной области термоконпенсированную температурную зависимость электросопротивления тенэорезисторов с однородным чувствительным элементом из жаропрочных сплавов при испытании материалов с различным температурным коэффициентом расширения. Существенно, что для проведения таких испытаний не требуется когггенсации температурного приращения электросопротинления с помощью специальных схем или термометрироьання, поскольку максимальное фиктинlloe напря"

671423

Формула изобретения жение весьма незначительно и может бить заранее учтено расчетным путем.

Это значительно упрощает, удешевляет испытания, повышает точность измерений и обеспечивает возможность их проведения для тонкостенных конструкций при наличии резкого градиента температур деталей.

Предлагаемый способ термической обработки был опробован на промышленной партии микропроволоки диаметром

0,03 мл из типичного жаропрочного сплава типа ЗИ 617 состава вес.%

Ni+14,98 Cr + 5,50 Я + 3,57 Но +

+О 25 Ч+

+1,98 ТТ+1,96AI+0,07С+ 0,0058+0 015Се.

На чертеже дан график зависимости 5 температурного приращения электросоп1 (ДК ротивления (-----) от режима термической обработки (t ), где кривые имеют следующее з начения: о

1 — закалка от температуры 980 С со скоростью охлаждения 700 С/с, затем повторная закалка от температуры 900ос со скоростью охла>кдения 33 C/ñ, последу>ощее старе-ние при 550 С в течение 4 ч. и прн

450 С в течение 124 ч, со кращенное обозначение 980 (700) + 900 (33) + 550 (4) + 450 (1?4):

2 — те же параметры, сокращенное обозначение 980 (700) + 900 (33)

+ 450 (124):

3 — го же 1200 (15) + 450 (124):

4 — то же 1100 (15) + 550 (4) +

450 (1?4):

5 — то >ке 980 (700) + 950 (137) +

450 (124): б — то же 980 (700) + 950 (36) +

550 (4) + 450 (124):

7 — то же 1100 (46) + 450 (124);

8 — то же 1100 (52) + 450 (124); 40

9 — то же 1100 (88) + 450 (124).

10- то же 950 (137) + 450 (124);

11- то же 980 (145) + 450 (124};

12- то же 950 (137) + 550 (4) +

4 50 (124)>

4Г

13- то же 1200 (175) + 550 (4) +

450 (124);

14. †. то же 1100 (700) + 550 (4) +

450 (124);

15- то же 1100 (175) + 550 (24) +

450 (124).

Закалке подвергалась мнкропроволока из сплава ЭИ 617 диаметром 0,08мм<. в нагартованном состоянии после холодной протяжки от диаметра 0,06 мм.

Операция нагрева микропроволоки под закалку производилась на воздухе, в среде аргона HJ>H водорода, в стандар тных печах сопротивления типа СУОЛ—

0,15, ?/12.MP мощностью 950 Вт,длиной О, 2 м. Перепад температуры в печи от центра к краю поддерживался в процессе ЗGKалки постояHным с DOMOUbKI электронного потенциометра типа

3GB — 2 - 11Л. Еолебания температуры в процессе закалки составляли в центре печи + 1 — 2 С, на торце

l3

+ 10 С. Иикропроволока перемещалась через печь с помощью универсального электродвигателя типа МУН-2. Скорость перемотки, а следовательно, и скорость охлаждения при закалке регулировались автотрансформатором JIATP-1M.

Сгарение микропроволоки производилось на катушках из нержавеющей стали аустенитного класса в печах сопротивления на воздухе. Температура старения регулировалась автоматически с помощью электронных потенциометров о

ЗПВ - 2 - 11 A с точностью + 1 — 2 С.

Температурную зависимость электросопротивления измеряли на воздухе как для образцов свободной микропроволоки из сплава ЭИ 617, так и для тенэорезисторов с чувствительным элементом из сплава ЗИ 617. Скорость нагрева при проведении опытов составляла 5 >C/ñ. Электросопротивление свободной микропроволоки измерялось меЬВ тодом двойного моста. ---- (t) завиR симости тензореэисторов измерялись с помощью электронного измерителя

ЗИД вЂ” 3. Наклейка тенэорезисторов на испытываемые детали производилась с помощью термоцемента типа B — 58.

С помощью предлагаемого способа термической обработки, заключающегося о в охлаждении от температур 1200-900 С с регулируемой в пределах 15-700 С/с скоростью и последующе> старении при температурах 550 — 450 С, возможно дR получение линейных ---- (с) зависиR мостей с различными по величине и знаку значениями (з . Диапазон получаемых значений рз колеблется от

+ 41,8 х 10 " 1/ С (кривая 1) до

35,6 х 10 1/OÑ (кривая 15). Это позволяет получать при применении сплава ЭИ 617 в качестве чувствительного элемента тер»>окомп нсированную в области 20 — 450о С температурную зависимость электросопротивления тензорезисторов при испытании материалов с температурным коэффициентом расширения or — 8,9 х 10 1/ С до

+ 27,8 х 10 1/ С. Такой широкий диапазон соблюдения условия термокомпенсации позволяет испытать с помощью тенэорезисторов с чувствительным элементом из.сплава ЭИ 617 все применяемые в настоящее время в машиностроении и авиации металлы и сплавы

Способ термической обработки микропроволоки иэ сплавов на никелевой основе для тенэорезисторов,включающий закалку и последующее старение,, отличающийся тем, что, целью получения в области темпе671423 ." *

Составитель Л. Беляков

Редактор A.Ñìèðíîâà Техред И, Голинка КорректорС.щомак «ЬФЪ» М ° \ Ф

Эаказ 6702/60 Тираж 681 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытии

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

Филиал ППП."Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ратур 20 - 450" С термокомпенсирован- ной температурной зависимости электросопротивления тензорезисторов при измерении напряжений и деформаций материалов с различным температурным коэффициентом расширения, охлаждение в процессе закалки в диапазоне тем-ператур 1200 - 4000 С производят со скоростью 15 — 7000 С/с ..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство

9 357264, кл. Г 22 С 1/1 О, 1971.