Результат интеллектуальной деятельности: Способ термообработки листов из сплавов системы Mn-Cu

Настоящее изобретение относится к области металлургии, а именно термической обработке конструкционных демпфирующих сплавов системы Mn-Cu, позволяющей восстанавливать функциональные свойства (демпфирующую способность) этих сплавов после пластической деформации и вылеживания.

Известен способ-аналог восстановления демпфирующей способности сплава Г75Д25 (Сплавы системы Mn-Cu. Структура и свойства: Монография / Удовенко В.А., Маркова Г.В., Ростовцев Р.Н. - Тула: Гриф и К, 2005. - 152 с.), включающий нагрев до температуры 400 К (~127°С) и выдержку в течение одного часа, при которой происходит полное восстановление демпфирующей способности.

Недостатком этого способа является то, что нагрев до температуры выдержки 400 К (~127°С) производили в лабораторных условиях и полное восстановление демпфирующей способности фиксировали только у сплава указанного состава.

Наиболее близким по технической сущности по сравнению с предлагаемым способом является способ восстановления физико-механических свойств металла (Пат. РФ 2084544, МПК⁸ C21D 1/78 Способ восстановления физико-механических свойств металла корпуса реактора. Опубл. 20.07.1997), заключающийся в нагреве металла при температуре Т_н=(0,3-0,4)Т_пл, где Т_пл - температура плавления восстанавливаемого металла, выдержке при этой температуре, достаточной для диффузии примесных элементов, и дополнительным созданием с помощью терморадиационных электронагревателей и охлаждения воздухом перемещающихся по объему металла градиентов температурного поля - направленное перемещение примесей по объему металла до момента уменьшения локальных концентраций примесей, усреднения их по объему восстанавливаемого металла до допускаемых значений, и создают зоны сжатия, через которые пропускают электрический ток.

Недостатком способа-прототипа является трудоемкость и сложность реализации за счет необходимости использования дополнительных устройств, которые могли бы обеспечить создание градиентов температурного поля по объему металла и прямое пропускание электрического тока.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении трудоемкости и ускорении способа восстановления высокого уровня функциональных свойств изделий или деталей из сплавов Mn-Cu после пластической деформации и/или длительного их хранения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ термической обработки листов из сплавов системы Mn-Cu включает восстановление демпфирующей способности листов путем нагрева, выдержки и охлаждения, причем восстановление демпфирующей способности листов осуществляют путем нагрева при температуре 150÷400°С, выдержки не менее 525 с на 1 мм толщины листа и охлаждение проводят со скоростью не менее 2°С/с.

Заявленный способ был многократно апробирован в лабораторных условиях Тульского государственного университета. На кафедре «Физика металлов и материаловедение» Тульского государственного университета с 1980-х гг. ведутся работы по изучению сплавов высокого демпфирования, в частности сплавов системы Mn-Cu. Результаты этих исследований свидетельствуют о возможности получения высокой демпфирующей способности в сплавах с содержанием марганца 36…80%.

Ниже изобретение проиллюстрировано на примерах, не ограничивающих его объем.

Примеры

Восстановление функциональных свойств после вылеживания

Лист толщиной 5 мм из сплава Г75Д25 (следующего химического состава: Mn 73,7%; Cu 25%; Fe 0,8%; S 0,25%; Р 0,25%; суммарное содержание примесей 1,3%) был термически обработан по оптимальному режиму, заключающемуся в закалке от 830°С в 10% раствор NaCl и старении при 440°С в течение 3 часов, и выдержан при комнатной температуре в течение 160 дней (3840 часов).

Пример 1

Лист толщиной 5 мм из сплава Г75Д25 (следующего химического состава: Mn 73,7%; Cu 25%; Fe 0,8%; S 0,25%; Р 0,25%; суммарное содержание примесей 1,3%) после термической обработки по оптимальному режиму и вылеживания нагрели до температуры 50±5°С, выдержали при этой температуре в течение 1 ч и охладили на воздухе до комнатной температуры.

Пример 2

Лист толщиной 5 мм из сплава Г75Д25 (следующего химического состава: Mn 73,7%; Cu 25%; Fe 0,8%; S 0,25%; Р 0,25%; суммарное содержание примесей 1,3%) после термической обработки по оптимальному режиму и вылеживания нагрели до температуры 200±5°С, выдержали при этой температуре в течение 1 ч и охладили на воздухе до комнатной температуры.

Пример 3

Лист толщиной 5 мм из сплава Г75Д25 (следующего химического состава: Mn 73,7%; Cu 25%; Fe 0,8%; S 0,25%; Р 0,25%; суммарное содержание примесей 1,3%) после термической обработки по оптимальному режиму и вылеживания нагрели до температуры 450±5°С, выдержали при этой температуре в течение 1 ч и охладили на воздухе до комнатной температуры.

Данные испытаний механических свойств сплава Г75Д25 после термической обработки (ТО) приведены ниже.

Примечание: σ_в означает временное сопротивление разрыву;

σ_0,2 означает условный предел упругости;

δ означает относительное удлинение;

HV означает твердость по Виккерсу;

Ψ означает относительное рассеяние энергии (демпфирующая способность);

Е модуль нормальной упругости (Модуль Юнга).

Как следует из приведенных данных в таблице 1, механические свойства сплава Г75Д25 после вылеживания при комнатной температуре в течение 160 дней (3840 часов) значимо не изменяются, а демпфирующая способность ниже на 50%, чем после термической обработки по оптимальному режиму. После нагрева предлагаемым в изобретении способом полностью восстанавливаются на прежнем уровне.

Данные испытаний механических свойств сплавов системы Mn-Cu с разным содержанием Mn приведены ниже в таблице 2.

Листы толщиной 5 мм из сплавов системы Mn-Cu были термически обработаны по режиму, заключающемуся в закалке от 830°С в 10% раствор NaCl и старения при 450°С в течение 2 часов, а затем выдержан при комнатной температуре в течение 160 дней (3840 часов). По примеру 2, представленному выше, после термической обработки и вылеживания образцы нагрели до температуры 200±5°С, выдержали при этой температуре в течение 1 ч и охладили на воздухе до комнатной температуры.

Как следует из приведенных данных в таблице 2, во всех исследованных сплавах Mn-Cu (36…80% Mn) вылеживание при комнатной температуре в течение 160 дней (3840 часов) снижает демпфирующую способность, которая полностью восстанавливаются на прежнем уровне после нагрева предлагаемым в изобретении способом.

Восстановление функциональных свойств после деформации

Листы толщиной 5 мм из сплавов системы Mn-Cu были термически обработаны по режиму, заключающемуся в закалке от 830°С в 10% раствор NaCl и старении при 450°С в течение 2 часов, а затем продеформированы на разную степень деформации (1-5%). По примеру 2, представленному выше, после термической обработки и вылеживания образцы нагрели до температуры 200±5°С, выдержали при этой температуре в течение 1 ч и охладили на воздухе до комнатной температуры.

Данные испытаний функциональных свойств (Ψ, %) сплавов системы Mn-Cu с разным содержанием Mn приведены ниже.

Данные, представленные в таблице 3, свидетельствуют о том, что функциональные свойства (Ψ, %) сплавов Mn-Cu снижаются после пластической деформации (γ) на 2%. После отжига предлагаемым в изобретении способом функциональные свойства (Ψ, %) сплавов Mn-Cu полностью восстанавливаются на прежнем уровне.

Предложенный способ позволил снизить трудоемкость и обеспечить ускорение способа восстановления высокого уровня функциональных свойств сплавов Mn-Cu.