Спосіб одержання металу з регулярною диференційованою макроструктурою

Винахід має відношення до металургії, конкретно - до способів одержання металу з регулярною диференційованою макроструктурою, що являє собою чергування у заданій послідовності різнорідних за структурою та властивостями (механічними, фізичними) ділянок металу (сплаву). Відомим є спосіб одержання регулярної диференційованої макроструктури, який полягає, у тому, що у виливниці установлюють вставки армуючого матеріалу і заливають їх матричним сплавом, після чого здійснюють прокатування при високих температурах [1]. У відомому способі для отримання потрібної структури використовуються різнорідні за властивостями матеріали, а також технологічні процеси (залив у виливниці, прокатка) які потребують великих енерготрудовитрат, що ускладнює одержання потрібної структури. Відомим є також спосіб одержання металу з регулярною диференційованою макроструктурою, який полягає у тому, що на поверхню сталі наносять армуючий матеріал методом наплавлення [2]. Реалізація відомого способу потребує застосування армуючого матеріалу, який має добре наплавлюватися, щоб запобігти тріщин та відколин. Крім того, армуючий матеріал має бути виготовлений у виді дроту чи стрічки, що також ускладнює реалізацію і обмежує його застосування. Відомим є спосіб одержання регулярної диференційованої макроструктури в аустенітних сталях, прийнятий за прототип. Його сутність полягає у тому, що проводять багаторазову локальну обробку концентрованим джерелом енергії до оплавлення ділянок поверхні з подальшим гартуванням та низьким відпусканням. В результаті локального багаторазового переплавляння у заданих ділянках аустенітних сталей відбувається зменшення концентрації вуглецю, марганцю та інших елементів. Це приводить до підвищення точки Мн (перевищує кімнатну температуру) і, як наслідок, до створення мартенситу. Але цей спосіб може бути застосований лише до сталей аустенітного класу. Необхідність багаторазового розплавлення знижує продуктивність процесу. Ці причини обмежують застосування зазначеного способу. В основу винаходу поставлена задача розробити спосіб одержання металу з регулярною диференційованою макроструктурою, який дозволить через нові умови здійснення процесів та їх різноманітну комбінацію одержати у одному матеріалі потрібну регулярну диференційовану макроструктуру, що істотно спрощує технологію. Для розв'язання поставленої задачі через спосіб одержання металу і регулярною диференційованою макроструктурою, що включає загальну обробку усього об'єму металу та розплавлення його заданих локальних ділянок з використанням джерела концентрованої енергії, згідно із запропонованим винаходом в зону розплавлення слід уводити або наносити попередньо присадні матеріали (дріт, стрічку, порошки, пасту, хімічні, гальванічні, дифузійні, плазменні покриття, відходи металів та ін.) При отриманні в усьому об'ємі металу високої твердості за присадні використовують матеріали, покриття відходів металів з низькою твердістю, але високою пластичністю. Навпаки, у випадку отримання в усьому об'ємі металу низької твердості і високої пластичності за присадні використовують матеріали, покриття, відходи металів з високою твердістю, але низькою пластичністю. Це дозволяє змінювати у потрібному напрямку хімічний склад і структуру в заданих локальних ділянках металу. Так при отриманні в усьому об'ємі металу мартенситної, мартенситно-карбідної, бейнітної, троститної структур, що забезпечують високу твердість, за присадні використовують аустенітну сталь, нікелеві, мідні та інші покриття, які понижують у заданих локальних ділянках після розплавлення і кристалізації мартенситну точку та забезпечують одержання структури аустеніту, що дає низьку твердість і високу пластичність. Навпаки, при отриманні в усьому об'ємі металу аустенітної або феритно-перлітної структур, за присадні використовують сталі чи покриття, що забезпечують в заданих локальних ділянках високу твердість, наприклад сталь 45, покриття ПГ-СР4 та ін. Запропонований спосіб на відміну від відомого, прийнятого за прототип, дозволяє одержувати регулярну диференційовану структуру не лише в сталях аустенітного класу, але в сталях сплавах різних структурних класів. Даний спосіб не потребує багаторазового розплавляння заданих ділянок, що істотно спрощує технологію отримання перемінних у заданій послідовності міцних пластичних ділянок. Новий спосіб дозволяє змінювати у широких межах хімічний склад, структуру і властивості в локальних ділянках металу. Приклад 1. Мартенситна сталь 40Х13 після гартування та низького відпускання має структуру відпущеного мартенситу невеликої кількості хромистих карбідів. Мікротвердість становить H0,980 = 5800 - 6000МПа. З метою отримання у заданих ділянках пластичного аустеніту, що є важливим для підвищення втомленої міцності, у локальні ділянки, які розплавлюються електронним променем, уводять сталь 14Х14Г12. Мікротвердість в них становить H0,980 = 2200 - 2600МПа. Аналогічний результат може бути отримано, якщо попередньо нанести нікелеве покриття. Приклад 2. Сталь 110Г13Л після загальної термообробки (гартування) має аустенітну структуру. Мікротвердість становить H0,980 = 2200 - 2400МПа. При великих питомих навантаженнях сталь через низьку твердість піддається зім'янню. Щоб запобігти цьому, в локальних ділянках на глибині 3 - 4мм проводять розплавлення металу електронним променем. За присадний матеріал використано сталь 45. В результаті зниження концентрації вуглецю та марганцю в заданих ділянках утворився мартенсит мікротвердість на поверхні підвищилась до H0,980 = 5500 5800МПа. Завершальною обробкою є загальне низьке відпускання при 200°C 1год для знімання напруження в локальних ділянках. Приклад 3. Сталь 35ХМА після загальної обробки - нормалізації має низьку мікротвердість: H0,980 = 2400 2700МПа. Для підвищення твердості в заданих локальних ділянках попередньо на її поверхню наносять плазменним напиленням покриття ПГ-СР4, а потім в локальних ділянках розплавлюють електронним променем. Мікротвердість в заданих ділянках підвищується: вона становить H0,980 = 5200 - 5600МПа. Наведені приклади показують, що запропонований спосіб дозволяє одержувати в сталях різних структурних класів регулярну диференційовану макроструктуру через сполучення загальної і локальної обробок. При цьому внаслідок уведення або попереднього нанесення присадних матеріалів вдається змінювати у широких межах хімічний склад, структуру і властивості в заданих ділянках, одержуючи чергування твердих та пластичних структур . Запропонований спосіб позбутий недоліків, притаманних прототипові.