Способ упрочнения металлов и сплавов

(51) 21 1/613 (2006.01) 22 1/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ(57) Изобретение относится к области обработки металлических материалов для их упрочения и может быть использовано, в частности, при изготовлении полуфабрикатов из меди ее сплавов или других металлов. Способ упрочнение металлических материалов включает обработку металлической заготовки методом равноканального углового прессования, и охлаждение жидким азотом после выхода заготовки из равноканальной матрицы.(72) Кенжалиев Багдаулет Кенжалиевич Лежнев Сергей Николаевич Волокитина Ирина Евгеньевна Курапов Георгий Георгиевич Дегтярева Антонина Степановна Орлова Елена Петровна(73) Акционерное общество КазахстанскоБританский технический университет Изобретение относится к области обработки металлических материалов для их упрочения и может быть использовано, в частности, при изготовлении полуфабрикатов из меди ее сплавов или других металлов. Наиболее распространенным способом упрочнения металлического изделия, главным образом из стали, является закалка и отпуск по стандартному режиму, обеспечивающий твердость стали не менее 63 . (см. Ю.А. Геллер, 1975,Инструментальная сталь, Москва, Металлургия,с.427-437). Известен способ термической обработки путем воздействия излучением лазера в режиме свободной генерации с определенной длительностью и энергией импульса на поверхность металла и сплавов (см. М.А. Криштал, 1973, Структура и свойства сплавов, обработка излучением лазера,Москва, с.90-92). Известен способ упрочения изделий преимущественно из малоуглеродистых низколегированных сплавов на основе железа,включающий закалку и акустическое воздействие при заданных акустических параметрах,температуры и времени (см. В.С. Биронт, 1977,Применение ультразвука при термической обработки металлов,Москва,Металлургия,с.91-92). При получении объемных заготовок металлов с высокой прочностью широкое распространение получил метод интенсивной пластической деформации - равноканальное угловое прессование(РКУП) (Валиев Р.З., Рааб Г.И., Мурашкин М.Ю. Использование методов интенсивной пластической деформации для получения объемных наноструктурных металлов и сплавов. // Кузнечноштамповое производство. 2008. 11. с.5-12,Сегал В.М. Процессы обработки металлов интенсивной пластической деформацией.// Металлы. 2006. 5. с.130-141). В процессе деформации происходит уменьшение размеров зерен кристаллической решетки обрабатываемого металла с одновременным его упрочнением. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок,включающий последовательно поперечно-винтовую прокатку и равноканальное угловое прессование. (422-426. ,,2013.) Однако, для достижения высокой прочности указанным способом необходимо многократное повторение как процесса поперечно-винтовой прокатки, так и РКУП, что делает его достаточно энергозатратным и трудоемким. Целью предлагаемого технического решения является разработка способа, обеспечивающего повышение прочности обрабатываемого материала с одновременным упрощением и удешевлением технологии. Технический результат достигается тем, что продеформированный методом равноканального углового прессования металл после выхода из прессформы попадает в емкость с жидким азотом,где происходит его охлаждение. Способ осуществляли следующим образом. Образцы квадратного сечения 151570 мм подвергали равноканальному угловому прессованию в ступенчатой матрице (фиг.1) с углом стыка каналов 125 с кантовкой заготовки на 90 вокруг продольной оси перед обработкой в каждом последующем проходе. Деформирование проводили на гидравлическом прессе усилием 1000 кН при комнатной температуре с четырехкратным пропусканием металла через матрицу. Пример 1. Материалом деформирования является техническая медь марки . Образцы квадратного сечения 151570 мм подвергали равноканальному угловому прессованию в ступенчатой матрице с углом стыка каналов 125 с кантовкой заготовки на 90 вокруг продольной оси перед обработкой в каждом последующем проходе. Деформирование проводили при комнатной температуре с четырехкратным пропусканием металла через равноканальную матрицу. В первой серии экспериментов каждую заготовку деформировали в канале РКУП матрицы при температуре 25 С с отбором образцов для измерения твердости и размеров кристаллитов после каждого прохода. Во второй серии экспериментов деформацию заготовок проводили абсолютно аналогично первой серии, но после выхода из матрицы в каждом проходе металл попадал в емкость с жидким азотом. В таблице 1 приведены сравнительные данные размеров зерен кристаллитов и прочности меди в исходном состоянии и после обработки. Таблица 1 Результаты механических испытаний меди маркив исходном состоянии и после обработки. Вид обработки Исходное состояние 1 проход 2 проход 3 проход 2 РКУП Средний диаметр зерна,мкм 200 РКУП с охлаждением Жидким азотом Твердость,Средний диаметр зерна,МПа мкм 480 200 518 620 713 РКУП РКУП с охлаждением Жидким азотом Средний диаметр зерна,Твердость,Средний диаметр зерна,мкм МПа мкм 15 783 6 Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что охлаждение меди жидким азотом после интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования приводит к увеличению прочности,по сравнению с деформацией без охлаждения, от 3 за один проход до 15 за четыре прохода. Пример 2. Материалом деформирования является латунь марки Л 63, содержащая 63 меди, остальное - цинк. Образцы квадратного сечения 151570 мм вырезали из прокатанного листа толщиной 15 мм и перед деформированием подвергли высокотемпературному отжигу при температуре 650 С в течение трех часов. Затем провели равноканальное угловое прессование по технологии,описанной в примере 1. Как и в опытах с медью,было проведено две серии экспериментов при температуре 25 С. Во второй серии образцы после каждого прохода охлаждали жидким азотом. В таблице 2 приведены сравнительные данные размеров зерен кристаллитов и прочности латуни Л 63 в исходном состоянии и после обработки. Таблица 2 Результаты механических испытаний латуни Л 63 в исходном состоянии и после обработки. Вид обработки Исходное состояние 1 проход 2 проход 3 проход 4 проход РКУП Средний диаметр зерна,мкм 70 Данные, приведенные в таблице 2, показывают,что охлаждение продеформированной в равноканальной угловой матрице латуни Л 63 азотом уже после первого прохода дает увеличение прочности примерно на 10, а после четвертого прохода разница в прочности составляет 16. Из сравнения таблиц 1 и 2 следует, что упрочнение латуни Л 63 при одинаковых условиях деформирования происходит более интенсивно, чем у меди. РКУП с охлаждением Жидким азотом Твердость,Средний диаметр зерна,МПа мкм 450 70 570 628 764 832 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ упрочнения металлов и сплавов,включающий обработку металлической заготовки методом равноканального углового прессования,отличающийся тем, что после выхода из равноканальной матрицы заготовку охлаждают жидким азотом. 2. Способ по п.1 Правил, отличающийся тем,что равноканальное угловое прессование с последующим охлаждением в жидком азоте осуществляют в несколько проходов.