Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб одержання високоміцного волокнистого матеріалу, переважно з міді, що включає багаторазово повторювані операції збирання складених заготовок із трубчастих оболонок з поміщеними в них пакетами дротових елементів того ж самого матеріалу, герметизації і вакуумування складених заготовок, деформаційно-термічної обробки гідропресуванням й волочінням та межопераційних термообробок, який відрізняється тим, що деформаційно-термічну обробку ведуть у діапазоні температур між порогами первинної і збірної рекристалізації зі зменшенням діаметра одиничних волокон аж до граничних нанорозмірів, нижче яких настає знеміцнення.

2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що деформування складених заготовок на основі міді ведуть з разовими витяжками 3,0...7,0, при цьому температуру у зоні деформації та міжопераційних термообробок підтримують у діапазоні 200...300°С.

3. Спосіб по пп. 1, 2, який відрізняється тим, що деформування волокнистого матеріалу на основі міді ведуть до розмірів волокон 45...26 нм, нижче яких настає знеміцнення матеріалу, супроводжуване аномальним ходом залежності Холла-Петча:

σв = σо + kdf-1/2, де:

σв - міцність волокнистої міді,

σо - міцність вихідної міді,

k - коефіцієнт пропорційності,

df - діаметр волокон.

4. Спосіб по пп. 1-3, який відрізняється тим, що об'ємний вміст у складеній заготовці матеріалу з нанорозмірними волокнами регулюють товщиною мідної трубчастої оболонки.

Текст

Спосіб одержання високоміцного волокнистого матеріалу, переважно з МІДІ, ЩО включає багаторазово повторювані операції збирання складених заготовок із трубчастих оболонок з поміщеними в них пакетами дротових елементів того ж самого матеріалу, герметизації і вакуумування складених заготовок, деформаційнотермічної обробки гідропресуванням й волочінням та межопераційних термообробок, який відрізняється тим, що деформаційно-термічну обробку ведуть у діапазоні температур між порогами первинної і збірної рекристалізації зі зменшенням діа Винахід відноситься до обробки металів тиском і може знайти застосування для виготовлення переважно високоміцних дротових виробів, наприклад, з МІДІ, що можуть використовуватися в якості електроуводів та штерконнекторних з'єднань в електронній техніці, дротів електричних мереж в електронній, електротехнічній, приладобудівній та інших галузях промисловості ВІДОМІ, зв'язані з розмірним фактором, ефекти зміцнення, властиві як крихким, так і пластичним полікристалічним металам [1-3] Зміцнення в таких об'єктах, як правило, зв'язують із дрібнозернистістю структури, а також із впливом поверхні й особливостями напруженого стану [4] Найбільш істотно ефект зміцнення виявляється у матеріалах, що знаходяться в нанокристалевому стані (н-стані), у якому середні розміри зерен полікристалів складають ЮОнм і менш [5] У цьому стані МІЦНІСТЬ ІСТОТНО перевищує цю характеристику полікристалів з мікрокристалічною структурою Для подібних матеріалів МІЦНІСТНІ характеристики досить добре метра одиничних волокон аж до граничних нанорозмірів, нижче яких настає знеміцнення 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що деформування складених заготовок на основі МІДІ ведуть з разовими витяжками 3,0 7,0, при цьому температуру у зоні деформації та міжопераційних термообробок підтримують у діапазоні 200 300°С 3 Спосіб по пп 1, 2, який відрізняється тим, що деформування волокнистого матеріалу на основі МІДІ ведуть до розмірів волокон 45 26нм, нижче яких настає знеміцнення матеріалу, супроводжуване аномальним ходом залежності Холла-Петча 12 / ов = о0 + kdf , де Ов - МІЦНІСТЬ ВОЛОКНИСТОЇ МІДІ, а 0 - МІЦНІСТЬ вихідної МІДІ, k - коефіцієнт пропорційності, df - діаметр волокон 4 Спосіб по пп 1-3, який відрізняється тим, що об'ємний вміст у складеній заготовці матеріалу з нанорозмірними волокнами регулюють товщиною мідної трубчастої оболонки описуються ЛІНІЙНОЮ залежністю від величини зерна (співвідношенням Холла-Петча) де твердість, - границя текучості, а ° - ВІДПОВІДНІ константи, К, 'У - коефіцієнт пропорційності, L - середній розмір зерна Згідно даним [6], наприклад, межа МІЦНОСТІ МІДІ в н - стані із середніми розмірами зерен ~ 20нм досягає гранично високого значення 758МПа Аналогічні ефекти також мають місце, якщо в матеріалі поряд із зернами маються ІНШІ нанорозмірні складові, наприклад, фазові виділення, волокна у волокнистих композитах [7] Наноструктурний стан матеріалів може бути сформований як методами інтенсивної пластичної деформації (ІПД) [8], ю ю (О ю 56551 так і за допомогою накопичення великої пластичної деформації [9] Аналіз існуючого рівня техніки свідчить про актуальність задачі подальшого підвищення МІЦНІСТних властивостей довгомірних виробів Як прототип, який збігається з винаходом, що заявляється, по призначенню та ряду істотних ознак, обраний спосіб формування дрібнозернистої структури, приведений в статті [10] Відомий спосіб являє собою пакетне гідропресування й волочіння того ж самого матеріалу - сплаву нюбійтитан у МІДНІЙ оболонці, що включає багаторазово повторюванні операції збирання дротових елементів у пакет, розміщення пакета в трубчастій оболонці, герметизацію та вакуумування складених заготовок, деформаційно-термічну обробку з межопераціиними термообробками до досягнення нанорозмірів дротових елементів (волокон) Недоліками відомого рішення є відсутність конкретних деформаційно-термічних режимів та умов накопичення пластичних деформацій при формуванні наноструктурного стану Загальними ознаками прототипу і винаходу, що заявляється, є багаторазово повторювані операції збирання складених заготовок із трубчастих оболонок з поміщеними в них пакетами дротових елементів того ж самого матеріалу, герметизації і вакуумування складених заготовок, деформаційно-термічної обробки гідропресуванням й волочінням та межопераційних термообробок Сутність винаходу Винаходом вирішується задача удосконалення способу одержання високоміцного матеріалу, у якому за рахунокстворення матеріалу штучної волокнистої будови з нанорозмірними волокнами забезпечується досягнення високої МІЦНОСТІ матеріалу Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання високоміцного волокнистого матеріалу, переважно з МІДІ, ЩО включає багаторазово повторювані операції збирання складених заготовок із трубчастих оболонок з поміщеними в них пакетами дротових елементів того ж самого матеріалу, герметизації і вакуумування складених заготовок, деформаційно-термічної обробки гідропресуванням й волочінням та межопераційних термообробок, ВІДПОВІДНО до винаходу, деформаційно-термічну обробку ведуть у діапазоні температур між порогами первинної і збірної рекристалізації зі зменшенням діаметра одиничних волокон аж до граничних нанорозмірів, нижче яких настає знеміцнення Конкретна ВІДМІННІСТЬ способу полягає в тому, що деформування складених заготовок на основі МІДІ ведуть з разовими витяжками 3,0 7,0, при цьому температуру у зоні деформації та межопераційних термообробок підтримують у діапазоні 200 300°С Інша ВІДМІННІСТЬ полягає в тому, що деформування волокнистого матеріалу на основі МІДІ ведуть до розмірів волокон 45 26нм, нижче яких настає знеміцнення матеріалу, супроводжуване аномальним ходом залежності Холла-Петча -і/ / 2 де ав - МІЦНІСТЬ волокнистої МІДІ, G0 ' МІ Ч~ ність вихідної МІДІ, k - коефіцієнт пропорційності, d f - діаметр волокон Ще одна конкретна ВІДМІННІСТЬ полягає втому, що об'ємний зміст у складеній заготовці матеріалу з нанорозмірними волокнами регулюють товщиною мідної трубчастої оболонки Причинно-наслідковий зв'язок між ВІДМІТНИМИ ознаками та технічним результатом, що досягається, полягає в наступному Обрані деформаційні режими одиничних витяжок 3,0 7,0 забезпечують деформацію складених заготовок з МІДІ без руйнування окремих дротових елементів (волокон) Тепловий ефект розігріву виробу за рахунок роботи деформації гідропресуванням (температура у зоні деформації) складає при цьому 200 300°С Температуру розігріву виробу у зоні деформації оцінюють по літературним довідковим даним, розрахунковим або експериментальним методами Таким чином створюються умови, крім зазначених, часткового відновлення технологічної пластичності напівфабрикатів, забезпечення надійного схоплювання й у той же час виключення процесів збірної рекристалізації матеріалу волокон та їхнього зрощування (розчинення границь, взаємного злиття зерен з їхнім аномальним ростом, що виключають можливість формування наноструктурного стану і досягнення поставленої мети) При перевищенні верхньої границі діапазону одиничних витяжок тепловий ефект деформації приводить до неприпустимого зрощування волокон за рахунок розігріву та інтенсифікації процесів збірної рекристалізації, злиття і зросту зерен При зниженні нижче нижньої границі губиться продуктивність при обробці, не забезпечується надійне схоплювання складових елементів заготовки і відновлення технологічних властивостей матеріалу Режими межопераційних термообробок складових елементів перед збиранням заготовки в діапазоні 200 300°С, у діапазоні між порогами первинної й збірної рекристалізацій, у сполученні з деформаційними режимами, забезпечують рівномірну деформацію дротових волокон аж до наноразмірів та формування при цьому наноструктурного стану Межі температурного впливу обумовлені відновленням технологічної пластичності, необхідної для здійснення в заготовці великих пластичних деформацій та необхідністю виключення процесів розчинення границь волокон, злиття зерен волокон та їхнього зросту, що перешкоджають формуванню волокнистого наноструктурного стану в матеріалі За межами оптимального діапазону, при перевищенні верхньої границі 300°С спостерігаються процеси розчинення границь, злиття зерен волокон, волокниста структура зникає При зниженні температури нижче оптимального значення - не забезпечується повне відновлення технологічної пластичності, знижується продуктивність при деформації заготовок Необхідні розміри волокон 45 26нм визначені експериментальне з умов забезпечення максима 56551 льного підвищення МІЦНОСТІ За межами оптимальної величини ефект зміцнення істотно знижується З метою вибору еталонних режимів деформаційно-термічної обробки для кожної заготовки після операції здійснювали контроль структурного стану, а на фінішній стадії і механічних властивостей Здійснення пакетного гідропресування пакетної заготовки в зазначених режимах створює необхідні умови деформації та деформаційного зміцнення з урахуванням формування у виробі волокнистої наноструктурної будови Волокнистий матеріал на основі МІДІ має МІЦНІСТЬ, порівнянну з МІЦНІСТЮ середньолепрованої сталі Істотні ВІДМІТНІ ознаки забезпечують рішення поставленої задачі та необхідний технічний результат Порівняння рішення, що заявляється, із прототипом показує, що спосіб, що заявляється, має ВІДМІТНІ ознаки та корисність і, отже, відповідає критерію «новизна» Ознаки відомих рішень за технологією пакетного гідропресування, загальним закономірностям поводження матеріалів, зокрема МІДІ, при великих пластичних деформаціях, фізичним основам пдропластичної обробки в повному обсязі не збігаються з ознаками пропонованого Пропоноване рішення забезпечує інший позитивний ефект, що дає підставу вважати його ВІДПОВІДНИМ критерію «винахідницький рівень» Приклад конкретного виконання Дротові елементи вихідним діаметром 3,0мм із МІДІ марки МОб після виправлення та мірного різання піддавали попередній термічній обробці Режим проміжної термообробки дротових елементів поперед збирання складених заготовок знаходиться в діапазоні 200 300°С При витримці до однієї години забезпечується відновлення технологічної пластичності, що дозволяє рівномірну їхню деформацію в пакеті до мікронних та субмікронних розмірів При температурах даного діапазону дротові елементи зазначеного діаметра мають малу вихідну межу МІЦНОСТІ а в = 220 250Мпа та високу пластичність 5 = 20 30% Після цього збирали пакет з 211 дротових елементів, зібраний пакет поміщали в трубчасту оболонку діаметром Дн/Двн - 50/бОмм із того ж матеріалу (МІДІ МОб) Складену заготовку вакуумували, герметизували і потім деформували методом гідропресування при кімнатній температурі до конструктивного елемента збирання діаметром 3,0мм із разовими витяжками 3,0 7,0 Гідропресування здійснювали на установках пресового типу в контейнерах з діаметрами робочих каналів 80 та 50мм, змонтованих на базі гідравлічних пресів 1000 та 250тс Робітниче середовище, що передає тиск - касторова олія, змащення - технічний віск Пресування пруткових заготовок здійснювали на сталевих матрицях з кутом 2а = 40 50° Менші витяжки відповідали деформації заготовок діаметром менш ніж 10мм Троєкратним повторенням перерахованих вище операцій одержували виріб діаметром 3,0мм із 3 Nf = 211 волокон, діаметром волокон 534нм та об'ємним їх змістом 30% Подальше зменшення діаметра від 3,0мм до 0,06мм здійснювали деформацією волочіння без проміжних термообробок з використанням промислових твердосплавних та алмазних волок зі швидкістю 0,75 1,0м/с з одиничними витяжками 1,15 1,25 Починаючи з діаметра 2,0мм додатково до металографічних досліджень, проводили механічні іспити зразків на одноосьове розтягання Дослідження підтвердили, що обмірювані по електронно-мікроскопічних знімках та по фотографіях мікроструктури розміри волокон й складених дротових елементів у виробі добре погодяться з розрахунковими Волокна та складені дротові елементи в поперечному перерізі розташовані періодично правильно й рівномірно, пори і розшарування відсутні При цьому забезпечується, що спостерігається, субмікрокристалевий та наноструктурний стан волокон при збереженні границь між ними Обґрунтування розмірного ефекту зміцнення нановолокнистої МІДІ зведено до таблиці Об'ємна частка нановолокон складає 30% Межу МІЦНОСТІ нановолокон розраховували за правилом суміші по статистично оброблених експериментальних результатах механічних ІСПИТІВ матеріалу волокнистої будови Як величину межі МІЦНОСТІ всіх трубчастих оболонок приймалося значення ав=500МПа, що досягається максимально в мікрокристалічній МІДІ МОб Таблиця Дійсна сумарна де- Діаметр волокнисто- Діаметр воло- Межа МІЦНОСТІ волокнистого формація, є = 1nR го матеріалу, Д, мм кон, Df, нм матеріалу, а в , МПа (експ ) 19,0 20,4 22,6 23,8 24,2 24,6 25,2 25,6 26,0 27,0 2,00 1,00 0,55 0,30 0,25 0,20 0,15 0,12 0,10 0,06 356 178 98 54 45 36 26 21 18 10 З таблиці випливає, що найбільш істотний ефект зміцнення настає, коли розміри волокон 505 510 525 530 577 604 617 593 569 534 Межа МІЦНОСТІ во локон, aBf, МПа (розрахунок) 517 533 538 602 758 847 890 811 729 613 досягають діапазону 45 - 26нм При перевищенні верхньої границі Df = 45нм ефект зміцнення в по 8 56551 рівнянні із субмікронними волокнами складає менш ніж 10%, а нижче значення нижньої границі Df = 26нм внаслідок ефектів мікропрослизання по границях волокон спостерігається знеміцнення, супроводжуване аномальним ходом залежності Холла-Петча a B - МІЦНІСТЬ волокнистої МІДІ, а 0 - МІЦНІСТЬ вихідної МІДІ, k - коефіцієнт пропорційності, d f - діаметр волокон Гранично високі характеристики МІЦНОСТІ МІДІ волокнистої будови, що досягаються в оптимальному діапазоні розмірів волокон 45 26нм, при об'ємній частці 30%, складають ив= 577 617МПа Зміцнення обумовлено формуванням матеріалу з високою ЩІЛЬНІСТЮ штучно створених границь волокон з бар'єрними дифузійними характеристиками та досягненням при цьому наноструктурного стану Зміною ТОВЩИНИ трубчастої оболонки регулюють об'ємний зміст нановолокон, об'ємну частку наноструктурної області Зменшення товщини оболонки, підвищення об'ємного змісту нановолокон пропорційно збільшує приведене на прикладі значення подовжньої МІЦНОСТІ Таким чином, пропонований спосіб забезпечує одержання волокнистого матеріалу на основі МІДІ З високою МІЦНІСТЮ, порівнянної з МІЦНІСТЮ серед чі Джерела інформації 1 Александров А П , Журков С Н Проблеми сучасної фізики -М ПТІ, 1933,-252с 2 Давиденко Н Н Вибрані труди -Київ Наукова думка, 1981, -183 с 3 Бережкова Г В Нитковидні кристали -М Наука, 1969, -158 с 4 Бейлін В М та ш Про можливий механізм малого подовження тонких дротів Ізв АН СРСР, серія Метали, 1987, №1 -С 146-148 5 Андрієвський Р А та ш Розмірні ефекти в нанокристалевих матеріалах ФММ, 1999, т 88, №1 -С 50-73 6 Носкова НІ та ін Структура, твердість і особливості руйнування наноструктурних матеріалів ФММ, 2000, т 89, №4 -С 103-110 7 Варюхін В М та ш Вплив розмірного ефекту на особливості деформаційного зміцнення в нанокомпозиті ФТВД, 2001, т 11, №3 -С7-15 8 Валіев Р 3 , Александров И В Наноструктуры матеріали, отримані інтенсивною пластичною деформацією М ЛОГОС, 2000, -271 с 9 Рибін В В Сильні пластичні деформації М Металлургиздат, 1987, -315с 10 Спусканюк В 3 , Дугадко О Б , Матросов М І та ш Формування наноструктурного стану матеріалів з використанням методів гідростатичного пресування та волочіння ФТВД, 2000, т Ю , №4 С 111-114 ньолепрованої сталі, тобто досягає необхідний технічний результат та рішення поставленої зада Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for making high-strength fiber material

Автори англійською

Duhadko Oleksandr Borysovych, Matrosov Mykola Ivanovych, Spuskaniuk Viktor Zakharovych, Medvedska Elvida Oleksandrivna

Назва патенту російською

Способ получения высокопрочного волокнистого материала

Автори російською

Дугадко Александр Борисович, Матросов Николай Иванович, Спусканюк Виктор Захарович, Медведская Эльвида Александровна

МПК / Мітки

МПК: B21J 5/00, B21C 1/00, B21C 23/02

Мітки: одержання, волокнистого, матеріалу, спосіб, високоміцного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/4-56551-sposib-oderzhannya-visokomicnogo-voloknistogo-materialu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання високоміцного волокнистого матеріалу</a>

Подібні патенти