Матеріал для моделювання деформаційних аномалій вищих порядків реологічно складних металів та сплавів

Изобретение относится к материалам для моделирования пластического формоизменения металлов и сплавов и может быть использовано при исследовании закономерностей напряженнодеформированного состояния при обработке давлением. Известно явление деформационных аномалий высших порядкову реологически сложных материалов, сущность которого состоит в том, что при пластическом одноосном растяжении материалов, характеризующихся наличием экстремумов на реологических кривых с уменьшением сопротивления деформации согласно кривой формоизменение образцов идет со вторичной деформационной неоднородностью (образуется шейка), которая при дальнейшем растяжении и увеличении сопротивления деформации сменяется вторичной однородностью - равномерным удлинением шейки, на которой при последующих сменах знака градиента сопротивления деформации эти деформационные аномалии чередуются (Заявка на открытие № ОТ-12189/51 от 17.03.92 в Госкомизобретений СССР). Научное значение обнаруженного явления состоит в том, что оно вносит существенные изменения в представления о природе пластического формоизменения реологически сложных, имеющих максимумы на кривых материалов и служит базой в разработке новых технических решений по созданию новых материалов и технологий. Материалы о сущности заявки на открытие и результаты исследований деформационных аномалий высших порядков реологически сложных металлов и сплавов опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях: 1. Шлопчак Г.Г. Особенности деформации реологически сложных металлов. Деп. в УкрНИИНТИ 13.08.91, №1167-Ук91, Киев, c.11. 2. Шломчак Г.Г. Реологические классы материалов. Тезисы докладов 2-ой Международной конференции "Материалы для строительства". Днепропетровск, 1993, с.69 - 70. 3. Шломчак Г.Г., Фирсова Т.Н., Ромашко О.В. Деформационные аномалии при пластическом сжатии реологически сложных материалов. Тезисы докладов III МНК "Материалы для строительных конструкций", ICM'94, ч.2, Днепропетровск, 1994. С.50 - 51. 4. G.G. Shlomchak, I. Mamuzitch and F. Vodopivec. The Reological Model of Deformation Nidus In the Process of Rolling. Kovine, zlitine, tehnologie / betnik 27 / stevilka 4 / strani 295 do 300 / 1993. Eng. 5. G.G. Shlomchak, I. Mamuzitch and F. Vodopivec. Reological similarity of metals and alloys. Journal of Materials Processing Tehnology, 40 (1994), Elsevier, USA, 315 - 325. 6. G.G. Shlomchak, I. Mamuzitch and F. Vodopivec. The Role of Contact Friction and Rheology in the Deformation at Plastometric Tests of Reologically Complex Materials. Kovine, Zlitine, Tehnologije (Metalls alloys tehnologies). N2 4, Ljubljana, 1994, 579 - 582. 7. G.G. Shlomchak, I. Mamuzitch and F. Vodopivec. Deformation Anomalies of Higher Order during the plastic Extention of Rheologically Complex Materials. Kovine, Zlitine, Tehnologije (Metalls alloys tehnologies). №4, Ljubljana, 1994, 583 - 587. Реологически сложные, используемые в технике, металлы и сплавы с одним максимумом на реологических кривых в интервале степеней деформации известны, широко представлены в научно-справочной литературе и составляют наиболее многочисленный класс материалов (Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации: Учебн. пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1982. - С.468 - 470; Полухин П.И., Гун Г.Я. Галкин А.И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. - 2 - е изд., перераб. и доп. Справ. - М.: Металлургия, 1983. - С.352). Однако легкодеформируемые рекристаллизующиеся при комнатной температуре, реологически сложные сплавы для моделирования с целью изучения закономерностей развития деформаций - деформационных аномалий высших порядков реологически сложных металлов и сплавов и для создания новых технологий не известны. Наиболее близким по технической сущности и результату, достигаемому при использовании является материал для моделирования формоизменения металлов и сплавов, включающий свинец и сурьму при следующем соотношении компонентов, вес.%: (А.с. СССР №538276 от 05.12.76). В известном материале наличие сурьмы делает его реологически простым с монотонно возрастающей зависимостью сопротивления деформации от степени деформации. В основу изобретения поставлена задача создания легкодеформируемых сплавов, рекристаллизующи хся при комнатной температуре, различной реологической сложности путем замены сурьмы на натрий, что дает возможность получить реологически сложный легкодеформируемый материал различной степени реологической сложности, чего ранее в мировой практике не было. Поставленная задача решается тем, что материал для моделирования деформационных аномалий высших порядков реологически сложных металлов и сплавов, содержащий свинец, дополнительно содержит натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Признаком, общим для заявляемого материала и прототипа, является свинец. Отличительными признаками являются наличие натрия и свинца при следующем соотношении компонентов, мас.%: Необходимость наличия натрия в количестве 0,05 - 2,0мас.% обусловлена следующими обстоятельствами. Анализ полученных автором реологических кривых сплавов показывает, что содержание натрия в свинце до 0,05мас.% не вызывает появления максимума на этих кривых. Увеличение содержания свыше 2,0мас.% не оказывает влияния на положение максимума на кривых т.е. на величину характеристической степени деформации которой определяется степень реологической сложности (чем меньше значение тем выше степень реологической сложности сплава). При содержании в сплаве 2,0мас.% составляет 0,08 ... 0,09. Увеличение содержания свыше 2,0мас.% не изменяет степени реологической сложности сплава По имеющимся у автора сведениям предлагаемая совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, неизвестна из уровня техники. Следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна". Изобретение поясняется графиком (фиг.), где приведены реологические кривые заявляемых в качестве изобретения сплавов полученных при температуре 15°C и скорости деформации 0,31 с. Содержание -0,05мас.% - 1,0мас.% в сплавах: - 0,1маc.% - 0мас.% - 0,6маc.% -2,0мас.% (остальное технически чистый свинец марки Увеличение содержания натрия в свинцовом сплаве от 0,05 до 2,0мас.% значительно изменяет величину характеристикой степени деформации до 0,08, существенно изменяя от 0,63 степень реологической сложности - от 1,6 до 12,5. В качестве исходных компонентов для заявляемого материала были взяты свинец марки С1 - ГОСТ 3778 и натрий металлический марки "Ч" ТУ 6 - 09 - 356 - 77. Пример получения материала для моделирования деформационных аномалий высших порядков реологически сложных металлов и сплавов с содержанием - 99мас.% и 1мас.%. Навеска свинца массой 500 грамм марки с содержанием примесей, не выходящим за пределы требований ГОСТ 3778 - 74, с очищенными от окислов и обезжиренными поверхностями образцов помещалась в кварцевую ампулу. С образцов навески металлического марки "Ч" (ТУ 09 - 356 - 77) после промывки в бензине и высушивании сухим воздухом срезалась грубая корка. Затем очищенные образцы переплавлялись в термостойких стеклянных ампулах с одновременным вакуумированием для удаления остатков керосина, бензина и влаги при нагреве расплава 320 - 350°C. После охлаждения и извлечения слитка из ампулы со средней его части вырезалась навеска массой 5 грамм и сразу же переносилась в кварцевую ампулу к навеске свинца. После вакуумирования кварцевая ампула запаивалась и при температуре 350 - 370°C осуществлялось плавление компонентов. Так как плотность свинца (11,34г/см 3 и плотность металлического (0,971г/см 3 существенно различны, то их сплавление осуществлялось при интенсивном перемешивании расплава встряхиванием и вращением кварцевой ампулы в рабочем пространстве нагревательной печи в течение 10 - 15 минут. После охлаждения и удаления кварцевой ампулы полученный сплав подвергался контрольному химическому анализу, который показал, что отклонения в содержании компонентов сплава находились в незначительных пределах (±0,01мас.%). После прессования с общей вытяжкой и отжига при температуре 100°C, и старения в течение 50 суток при комнатной температуре, образцы диаметром 5мм и высотой 11мм сплава указанного состава были подвергнуты пластометрическим испытаниям. По общепринятой в мировой практике методике испытания при различных температурах и скоростях деформации проводились осадкой образцов на кулачковом пластомере конструкции Уральского политехнического института. Реологическая кривая, полученная для этого сплава при температуре 15°C и скорости деформации 0,3сек -1 приведена на графике (сплав Она характеризуется реологической сложностью наличием максимума на кривой при и Сущность заявляемого изобретения не следует явным образом для специалиста из известного уровня техники. Совокупность признаков, характеризующи х известное решение не обеспечивает достижение новых свойств и только наличие отличительных признаков позволяет получить новые свойства, новый технический результат. Следовательно, предлагаемый материал соответствует критерию "изобретательский уровень". Предлагаемый материал был создан и опробован в лаборатории моделирования процессов обработки металлов давлением Государственной металлургической академии Украины и обеспечивает получение более высокого технического результата при моделировании деформационных аномалий процессов пластического формоизменения металлов, при разработке новых те хнологий обработки давлением реологически сложных металлов и сплавов различной степени сложности в интервале изменения от 1,6 до 12,5. Следовательно, заявляемый материал соответствует критерию "промышленная применимость".