Спосіб підвищення пружних характеристик алюмінієвомагнієвих сплавів

Способ повышения упругих характеристик алюминиевомагниевых сплавов, включающий предварительную деформацию материала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что предварительную деформацию производят в упругой зоне, выдерживают материал под нагрузкой, близкой к условному пределу текучести, в течение 5-10 часов, после чего его подвергают термо-магнитно-ультразвуковой обработке, включающей воздействие ультразвуковых колебаний при температуре 50-70° С в магнитном поле. Изобретение относится к технологии упрочняющей обработки материалов и может быть использовано для повышения упругих характеристик элементов, подвергаемых длительным нагрузкам, преимущественно деформируемых алюминиевомагниевых сплавов. Известен способ упрочнения металлических материалов путем холодной деформации [1]. При этом изменяется напряженно-деформированное состояние материала, обуславливающее изменение прочностных свойств (пределов упругости, текучести, прочности и т.д.). Недостатком указанного способа является то, что для любого изделия напряженно-деформированное состояние материала оказывается неоднородным, т.е. величины тензора напряжений и тензора деформации являются функцией координат. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ повышения упругих характеристик металлических материалов, в том числе алюминиевомагниевых сплавов, заключающийся в том, что последние подвергаются предварительной пластической деформации (ППД) [2]. В заявленном способе также производят предварительную деформацию материала, т.е. этот признак является общим. Повышение упругих характеристик металлических материалов по известному способу производится по следующей схеме. Материал нагружается одноосным растяжением до уровней напряжения, превышающих предел текучести, после чего медленно разгружается до нуля. При повторном нагружении отмечается повышение упругих характеристик ма О 26491 териала и снижение величины пластической деформации, предшествующей разрушению, результатом чего является заметное уменьшение работы разрушения материала. Очевидно, чем выше степень предварительной пластической деформации, тем больше предел упругости и меньше величина пластической деформации, предшествующей разрушению. В предельном случае, при котором предварительная нагрузка будет практически соответствовать разрушающей, величины предела упругости и предела прочности совпадут. Таким образом, в известном способе упрочнения материалов предварительная деформация в пластической зоне приводит к уменьшению работы разрушения материалов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ упрочнения металлических материалов таким образом, чтобы обеспечить повышение упругих характеристик материала не снижая работы его разрушения. Согласно изобретению, предварительная деформация производится в упругой зоне с выдержкой под нагрузкой, близкой к условному пределу текучести, в течение 5-10 часов, после чего производится термо-магнитно-ультразвуковая обработка материала, включающая воздействие ультразвуковых колебаний при температуре 5070°С в условиях действия магнитного поля. Введение многофакторной энергетической обработки под нагрузкой в упругой зоне деформации, т.е. использование нескольких одновременно действующих источников энергии различной физической природы, вызывает эффект сверхупругости в материалах, аналогичный действию предварительной пластической деформации. Однако при этом не снижаются значения работы разрушения и пластической деформации, предшествующей разрыву. Известно, что механизмы упрочнения при предварительной пластической деформации является чисто дислокационным. В заявляемом способе предлагается иная трактовка деформационного упрочнения с позиции синергического подхода. Естественно ожидать, что комплексная энергетическая обработка деформируемого материала, т.е. непосредственно под нагрузкой (в статическом или динамическом состояниях), оказывает активное воздействие на материал, приводя систему в состояние термодинамической неустойчивости, обуславливающей необратимость происходящих в ней процессов. При этом 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 материалу сообщается энергия, достаточная для реализации самоорганизационных процессов, следствием чего и может стать скачкообразное изменение рабочих характеристик. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлены совмещенные кривые разрушения образцов в исходном состоянии (кривая 1), после предварительной пластической деформации (кривая 2) и многофакторного энергетического воздействия (кривая 3). Из приведенного рисунка видно, что в результате предварительной пластической деформации (кривая 2) одновременно развиваются упругая (ab) и пластическая (be) составляющие деформации. При разрушении образца сохраняется остаточная деформация (of). В случае многофакторной энергетической обработки (кривая 3) имеет место только упругая деформация (ab), которая исчезает после удаления нагрузки. Результатом является увеличение работы разрушения по отношению к необработанному состоянию. Предложенный способ реализуется следующим образом. Изделия из алюминиевомагниевых сплавов подвергаются одноосному статическому растяжению до уровня напряжения а 0 (фиг. ), близкого к условному пределу текучести, выдерживаются под нагрузкой с о в течение определенного времени (порядка 5-10 часов), после чего производится нагрев материала до температуры 50-70°С в магнитном поле с одновременной обработкой ультразвуком. Приведенные выше параметры режима определены эмпирическим путем как наиболее оптимальные условия формирования сверхупругого состояния материала. Конкретный пример реализации способа. Предложенный способ использовался для повышения упругих характеристик алюминиевомагниевых сплавов марок АМгЗМ и АМгбМ. Испытания проводились на образцах, изготовленных в соответствии с требованием инструкции к установке ИМАШ-20-78, обеспечивающей их термомеханическую обработку. Ниже приводятся результаты исследований сплава АМгЗМ. Материал подвергался одноосному статическому растяжению до уровня напряжения, равного 108,0 МПа, что составляет 0,9 а 0 2 (а 0 2 - условный предел текучести), с последующей выдержкой под 26491 нагрузкой в течение 6 часов. Затем производился нагрев образцов до температуры 60°С в магнитном поле напряженностью магнитной индукции 400 мТ с одновременной ультразвуковой обработкой частотой 20 кГц. После разгрузки до нуля определялись механические характеристики материала. Предел упругости образцов сплава АМгЗ, обработанных по приведенному выше режиму, увеличился по отношению к необработанному состоянию примерно на 50,6% (таблица). Одновременно на сплаве АМгЗ проверялся упрочняющий эффект предварительной пластической деформации. Причем эксперимент был поставлен таким образом, чтобы уровень нагружения при пластической деформации (точка С кривой 2 фиг.) соответствовал уровню предела уп ругости, достигнутому в результате многофакторной энергетической обработки. В приведенном примере он составлял 180,0 МПа С помощью планиметра определя5 лись площади под кривыми разрушения сплава АМгЗМ (как в исходном, так и в обработанном состояниях), характеризующие работу разрушения. Для сравнения определялась работа разрушения образ10 цов, прошедших предварительную пластическую деформацию по способу-прототипу (таблица). Как видно из таблицы, при обработке 15 сплава АМгЗМ по заявляемому способу незначительно увеличилась, по отношению к исходному состоянию, работа разрушения, тогда как обработка по способу-прототипу заметно уменьшает эту ха20 рактеристику материала. Работа разрушения, А, м 2 -10 4 119,5 28,0 Заявляемый способ Нагружен до о =108,0 МПа, выдержан в течение 6 час, нагрет до температуры 60°С, обработан ультразвуком частотой 20 кГц в магнитном поле 400 мГ, разгружен до нуля. 180,0 30,0 Способ-прототип Нагружен до а =180,0 МПа, разгружен до нуля. АМгЗМ Предел упругости, МПа Исходное состояние образца Наименование сплава 180,0 21,0 Режим обработки Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М. Куль Замовлення 512 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101