Способ термической обработки заготовки или изделия (пружин) из бронзы БрНХК 2,5-0,7-0,6

Заявляемое изобретение относится к металлургии, в частности к упрочняющей термической обработке дисперсионно-упрочняемых бронз.

Основное свойство, которым должны обладать материалы для пружин - высокое сопротивление малым пластическим деформациям в условиях кратковременного (предел упругости) и длительного (релаксационная стойкость) нагружения. Эти свойства зависят от состава и структуры материалов и могут быть получены, в том числе, и у дисперсионно-твердеющих сплавов. Рост сопротивления малым пластическим деформациям у этих сплавов связан с изменением субструктуры матрицы и с блокирующим действием частиц избыточной фазы.

Известен способ получения проволоки из Бр НХК с необходимым комплексом свойств для сварочных электродов при комнатной температуре: прочность (σ_в=800МПа, σ_0,2=780МПа), пластичность (δ=10%). Эти свойства можно получить в деформированном сплаве, используя оптимальное старение (450 С - 2 ч). Этот способ принят в качестве ближайшего аналога. Описание способа приводится в публикации О.Е. Осинцев, В.Н. Федоров. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки. Справочник. М. Машиностроение. С. 336. (с. 298-300).

Основным недостатком способа, принятого в качестве ближайшего аналога, является то, что способ обеспечивает недостаточный уровень значений σ_0,2 и σ_0,005 для использования его в качестве материала для пружин, а также пластичности, что может привести к разрушению материала при навивке пружины.

Перед заявляемым изобретением поставлена задача - повысить значения прочности, условных пределов упругости, текучести и пластичности.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе термической обработки изделий из деформируемого сплава Бр НХК пруток подвергают аэротермоакустичской обработке, заключающейся в нагреве до 150-170°С и выдержке в течение 10-15 мин., с последующим охлаждением в течение 10 мин. в резонаторе газоструйного генератора звука при одновременном воздействие потока воздуха и акустического поля с уровнем звукового давления 140-160 дБ. Старение проводится при температуре 440°С, с выдержкой 2,5 ч. и охлаждением на воздухе. После старения для образцов, прошедших перед старением аэротермоакустичскую обработку осуществлялась двухкратная аэротермоакустическая обработка.

В качестве примера для оценки заявляемого способа термической обработки использовались прутки диаметром 3 мм из сплава Бр НХК 2,5-0,7-0,6, полученные с применением термической обработки и пластической деформации. Образцы длиной 200 мм испытывались на статическое растяжение на машине модели AGX-100kN, SHIMADZU.

Заготовки образцов из деформированного сплава подвергались обработке путем нагрева до температуры 150-170°С, выдержке 10 мин., а охлаждение части образцов проводилось в резонаторе газоструйного генератора звука при одновременном воздействии потока газа и акустического поля звукового диапазона частот с уровнем звукового давления в пределах 140-160 дб в течении 10-12 мин., а других образцов на воздухе; последующее старение всех образцов проводилось при температуре 440°С, выдержка 2,5 ч. с охлаждением на воздухе; после старения для образцов, прошедших перед старением аэротермоакустическую обработку, осуществлялась двухкратная аэротермоакустическая обработка. Результаты механических испытаний приведены в таблице.

* - режим аэротермоакустической обработки (АТАО1)-нагрев 150-170°С, выдержка 10-12 мин., охлаждение в резонаторе газоструйного генератора звука 10 мин. при воздействие потока воздуха и акустического поля с уровнем звукового давления 140-160 дБ в течение 10 мин.

Из приведенных в таблице механических свойств видно, что применение АТАО по режиму ATAO1 прутков БрНХК, старению и последующей 2-х кратной ATAO1 после старения, позволяет повысить как характеристики прочности, так и пластичность сплава.

Благодаря одновременному воздействию на заготовку потока газа и акустического поля достигается технический результат, а именно: измельчаются зерна твердого раствора, в том числе и за счет частично прошедших процессов рекристаллизации, что возможно в случае металлов и сплавов с низкой энергией дефектов упаковки, к которым относится медь. После АТАО больше степень дисперсности интерметаллидных фаз, выделившихся как при кристаллизации, так и при старении, более равномерно идет распад твердого раствора, в том числе и по границам зерен, что обеспечивает повышение характеристик прочности и упругости бронзы. Повышение пластичности бронзы предотвращает опасность появления дефектов при изготовлении упругих элементов изделий.