Спосіб магнітної обробки виробів з магнітоупорядкованих металевих сплавів

1. Спосіб магнітної обробки виробів з магнітоупорядкованих металевих сплавів, що включає обробку виробів змінним магнітним полем при температурі, яка не перевищує температуру руйнування магнітоупорядкованої структури, який відрізняється тим, що обробку проводять протягом часу від 5 до 30 хвилин в змінному магнітному полі напруженістю H>0,1 HS де HS - величина напруженості поля, яка відповідає максимальному значенню магнітострикції. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що обробку виробів проводять в змінному магнітному полі напруженістю, яка відповідає області максимального значення магнітострикції, тобто при HHS, протягом 15-20 хвилин. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що обробку виробів проводять змінним магнітним полем промислової частоти. UA (21) a201000912 (22) 29.01.2010 (24) 11.04.2011 (46) 11.04.2011, Бюл.№ 7, 2011 р. (72) НЕКЛЮДОВ ІВАН МАТВІЙОВИЧ, АЖАЖА ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, СОКОЛЕНКО ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, МАЦ ОЛЕКСАНДР ВЛАДИСЛАВОВИЧ, ГОРБАТЕНКО ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, ОКОВИТ ВОЛОДИМИР СТЕПАНОВИЧ, ЧЕРНЯК МИКОЛАЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, НЕТЬОСОВ ВІКТОР МИХАЙЛОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР "ХАРКІВСЬКИЙ ФІЗИКО-ТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" (56) UA 44 725 C2, 15.03.2002 RU 2 190 023 C2, 27.02.2000 RU 2 238 986 C1, 27.10.2004 RU 2 299 249 C1, 20.05.2007 RU 2 339 704 C1, 27.11.2008 CN 2 229 427 U, 21.10.1992 CN 1 270 234 A, 18.10.2000 US 3 188 248 A, 08.06.1965 US 3 963 533 A, 15.06.1976 C2 2 (19) 1 3 гартовування відбувається протягом 10 хвилин, після чого виріб швидко охолоджується у воді до кімнатної температури і відразу обробляється холодом з наступним довготривалим відпуском при 100-150 °С. Така послідовність операцій приводить до підвищення межі міцності на 25-50 % при задовільній пластичності. Але такий складний спосіб не може бути використаний для відновлення експлуатаційних характеристик виробів із магнітоупорядкованих металевих сплавів, в яких, під час експлуатації або внаслідок дії зовнішніх чинників, були накопичені дефекти і виникли внутрішні напруження, наприклад, під дією радіаційного випромінювання, або при зварюванні. За найближчий аналог прийнятий відомий спосіб, який можна застосувати для магнітної обробки магнітоупорядкованих металів і сплавів [4]. Він заснований на дії на матеріал виробів змінного магнітного поля з напруженістю Н від 10 до 40 Ерстед в області значень, які відповідають максимальній магнітній проникності матеріалу виробу. Така напруженість магнітного поля становить близько 0,05 HS, де HS ~ 800 Е відповідає значенню насиченості магнітострикції для нікелю - металу виробу, що піддається обробці [5]. Слід відзначити, що в найближчому аналозі релаксація механічних напружень відбувалась внаслідок перерозподілу "свіжих" дислокацій, які були штучно створені. Змінним магнітним полем на виріб діяли після того, як він піддавався зовнішній деформації крученням при температурі, яка не перевищує температуру руйнування магнітоупорядкованої структури. Напруженість магнітного поля підвищували поступово через інтервали часу тривалістю 2-4 хвилини. В результаті такої обробки знижувалося зовнішнє деформаційне напруження, дії якого матеріал був штучно підданий. Але дія вказаного магнітного поля (0,05 HS) не приводить до відновлення експлуатаційних характеристик виробів із магнітоупорядкованих металевих сплавів, якщо напруження в них виникли в процесі довготривалої експлуатації в складних умовах, зокрема внаслідок радіаційного випромінювання. При застосуванні цього способу не можна знизити достатньою мірою пікові внутрішні напруження, що виникають у виробах під час зварювання. Це пояснюється тим, що дія магнітного поля в режимі, що використаний в прототипі [4], недостатня для виникнення мікропластичної течії шляхом перерозподілу точкових і лінійних дефектів в місцях концентрації високих напружень. Зауважимо також, що автори способу [4] вважають, що подальше збільшення магнітного поля за областю максимальної проникності мало змінює швидкість релаксації, а при ще більш сильних полях не відбувається ніякої зміни в релаксації напружень. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб магнітної обробки магнітоупорядкованих металевих сплавів шляхом вибору певної напруженості змінного магнітного поля і тривалості обробки. Така обробка повинна привести до зниження пікових внутрішніх напружень, що виникають як в процесі експлуатації, так і під час зварю 94178 4 вання, і вирівняти напруження в об'ємі виробу. Це дозволить відновити експлуатаційні характеристики виробів із магнітоупорядкованих металевих сплавів, поліпшити їх характеристики пластичності і подовжити ресурс їх експлуатації. Поставлена задача вирішується в способі магнітної обробки магнітоупорядкованих металевих сплавів, який, подібно відомому способу [4], включає обробку виробів змінним магнітним полем при температурі, яка не перевищує температуру руйнування магнітоупорядкованої структури. Відповідно до винаходу, обробку проводять протягом часу в інтервалі від 5 до 30 хв. в змінному магнітному полі напруженістю Н, яка відповідає умові Н>0,1 HS, де HS - величина напруженості поля, яка відповідає значенню насиченості магнітострикції, тобто досягненню її максимального значення. Найбільш доцільно проводити обробку виробів в магнітному полі з величиною напруженості в області максимального значення магнітострикції, тобто при H≈HS протягом 15-20 хвилин. Простіше всього застосувати спосіб, якщо обробку виробів проводити змінним магнітним полем промислової частоти. Для вирішення поставленої задачі було досліджено вплив на механічні характеристики виробів із металевих сплавів різних режимів магнітної обробки: плавного підвищення поля в інтервалі від 0,05 НS, до 2 НS, без зміни знака поля; вплив знакозмінного поля з амплітудами в інтервалі від 0,05 HS до 2 HS тривалістю від 0,5 хв. до 2 год.; вплив постійного поля величиною від 0,05 НS, до 5 HS тривалістю від 0,5 хв. до 2 год. В результаті аналізу одержаних даних були з'ясовані режими магнітної обробки, які дозволяють відновлювати експлуатаційні характеристики виробів із магнітоупорядкованих металевих сплавів, поліпшувати їх характеристики пластичності і подовжувати ресурс їх експлуатації. Досягнення технічного результату при застосуванні запропонованого способу, ймовірно, можна пояснити тим, що при дії магнітного поля вищевказаної напруженості в магнітоупорядкованих сталях або інших сплавах виникають вимушені знакозмінні механічні напруження магнітострикційного характеру, а також коливання доменних меж, що викликають мікропластичну течію шляхом перерозподілу точкових і лінійних дефектів в місцях концентрації високих, аж до критичних, механічних напружень. При цьому знижується рівень пікових механічних напружень і вирівнюється загальний фон внутрішніх механічних напружень в результаті формування стійкої дефектної і магнітної структур. В рамках існуючих фізичних моделей в таких структурах можна очікувати зменшення вірогідність тріщиноутворення, що приводить до збільшення ресурсу експлуатації матеріалу. Слід зазначити, що обробка в змінному магнітному полі напруженістю, яка відповідає максимальному значенню магнітострикції, є найбільш ефективною, оскільки подальше підвищення напруженості при часі обробки більше 20 хвилин не приводить до значних змін механічних характеристик і потребує більших енергетичних витрат і 5 94178 більш складного устаткування. При обробці в режимі H>HS тривалістю понад 30 хвилин, внаслідок протікання значних струмів Фуко протягом такого часу, в виробах відбувається неконтрольоване підвищення температури, що може негативно впливати на їх експлуатаційні властивості. Інтервал часу дії від 5 до 20 хв. для значень магнітного поля H≈Hs є оптимальним, тому що при зростанні часу магнітної обробки до 1,5-2 год. спостерігається тенденція до зростання механічних характеристик й зменшення запасу пластичності, що можна віднести до прояву ефекту збільшення локальних внутрішніх напружень внаслідок, наприклад, виникнення мікропор при накопиченні дефектів вакансійного типу. Застосування полів з напруженістю H