Технические науки, 1

Кучма С.Н., Стародубов С.Ю.

Донбасский государственный технический университет

Получение малогабаритных высокодобротных прутков из сплавов 44НХМТ и 46НХВИТЮ

В последние годы расширилась область технического применения канальных электромеханических фильтров (ЭМФ), которые являются основным элементом аппаратуры телефонной связи и могут использоваться в разработках, как многоканальной аппаратуры, так и малоканальной, что резко сокращает расход дорогостоящей кабельной продукции и цветных металлов, значительно повышает уровень телефонизации.

ЭМФ работают в чрезвычайно жестких условиях. Они должны обеспечить высокий уровень разнообразных функциональных свойств:

 - неравномерность амплитудно-частотной характеристики (неравномерность затухания в полосе пропускания  ±0,11 дБ);

 - высокую добротность (25000);

 - низкий температурный коэффициент частоты (ТКЧ) (310-6 о С-1);

 - малую девиацию скорости распространения крутильных колебаний (в пределах 1%);

 - устойчивость к воздействию различных дестабилизирующих факторов при малых габаритах и массе, а также при минимальном энергопотреблении [1].

Для сохранения стабильной и надежной работы миниатюрных ЭМФ и обеспечения комплекса требуемых свойств его главным элементом – резонатором необходимо использовать материалы, обладающие комплексом специфических свойств. Во-первых, они должны быть высокопрочными, чтобы исключить неконтролируемое превышение предела упругости возникающими рабочими напряжениями. Во-вторых, эти материалы должны иметь высокую добротность и близкий к нулевому значению температурный коэффициент частоты в широком интервале температур.

Таким требованиям удовлетворяют элинварные сплавы. В настоящее время радиоэлектронная промышленность располагает определенным количеством элинварных сплавов для изготовления ЭМФ. Это элинварные сплавы марок ЭП-218, ЭП-619, 44НХМТ, 46НХВИТЮ. Проведенный анализ физико-механических свойств этих сплавов позволяет в качестве перспективных материалов для изготовления резонаторов ЭМФ выбрать элинварные сплавы марок 44НХМТ и 46НХВИТЮ, т.к. они обладают наиболее высоким комплексом указанных выше свойств. На этих сплавах получают требуемый уровень температурного коэффициента частоты 310-6 оС-1 с гарантированным значением добротности до 8000…15000. Однако такое сочетание свойств выпускаемых прутков диаметром 4,5…7 мм из этих элинварных сплавов не соответствует требованиям, предъявляемым к полуфабрикатам резонаторов ЭМФ. Из-за отсутствия необходимого сортамента коэффициент использования дорогостоящего материала не превышает 40–60 %.

Поэтому основной задачей исследований является получение малогабаритных высокодобротных прутков из сплавов 44НХМТ и 46НХВИТЮ с физико-механическими и элинварными свойствами, отвечающими требованиям, которые предъявляются к полуфабрикатам резонаторов ЭМФ.

Эксперименты показали, что существуют следующие пути решения поставленной задачи:

1) получение малогабаритных высокодобротных прутков методом рихтовки. Рихтовка прутков с использованием косовалкового устройства, применяемого в рихтовальном станке “Кизерлинг”, позволяет повысить уровень добротности до 25000…30000 [2]. Однако из-за ограничения размеров проволоки процесс рихтовки вызывает определенные трудности, связанные, в частности, с отсутствием специализированного оборудования для качественной рихтовки прутков. Получение минимальных значений ТКЧ в прутках из этих сплавов достигается за счет термической обработки. Эксперименты показали, что необходимое сочетание элинварных и физико-механических свойств сплава 44НХМТ формируется при проведении отпуска при температуре 540-570оС при выдержке один час, а сплава 46НХВИТЮ – при температуре 600оС при выдержке 1,5 часа [3]. Структурные исследования, проведенные на прутках из этих сплавов, показали, что уровень добротности связан со структурными превращениями, происходящими в процессе отпуска, который приводит к распаду твердого раствора и выделению мелкодисперсных частиц интерметаллидных фаз. Наиболее важное значение для формирования термоупругих свойств имеет -фаза. Выделяясь из твердого раствора в процессе дисперсионного твердения по непрерывному (во всем объеме у сплава 44НХМТ) и прерывистому (по границам зерен и дефектам структуры у сплава 46НХВИТЮ) механизмам, -фаза обуславливает распад твердого раствора, изменяя содержание в нем никеля, титана и др. компонентов, тем самым воздействуя на ТКЧ резонатора. Однако у данных сплавов точность поддержания температуры отпуска должна находиться в пределах 5оС, что значительно усложняет процесс термической обработки [4].

2) получение малогабаритных высокодобротных прутков методом динамического старения (ДС). Процесс ДС совмещают с приданием требуемой формы изделию – термофиксацией [5]. Экспериментально установлено, что ДС возможно использовать для замены механической рихтовки проволоки. Температура ДС изменялась в интервале от 500о до 700оС. Время выдержки металла при заданной температуре составляет 25 минут. Экспериментальные исследования влияния процесса ДС на физико-механические свойства сплавов показали, что термомеханическая обработка повышает добротность сплавов и снижает чувствительность ТКЧ к точности поддержания температуры последующего старения. В процессе эксперимента были определены режимы термомеханической обработки (динамического старения), обеспечивающие получение необходимого комплекса свойств в малогабаритных прутках. При всех исследованных режимах ДС добротность имеет значение более 25000 вплоть до температуры старения 700оС. Более высокие температуры старения приводят к снижению добротности ниже необходимого уровня 25000. Отмечается одновременное повышение прочностных и пластических свойств у прутков после ДС. Это связано  со структурными превращениями в сплавах при ДС, которое не привело к изменению характера структурных превращений или количественному их изменению. После ДС наблюдается значительное количество двойников. Кроме того, ДС практически полностью подавляет гетерогенный механизм - превращения; кромки ячеистого распада по границам зерен, характерные для отожженных сплавов после ДС отсутствуют.

Учитывая, что оптимальное время старения для дисперсионно-стареющих сплавов, к которым относятся и сплавы 44НХМТ и 46НХВИТЮ, составляет 2-3 часа для окончательного формирования свойств, то целесообразно использовать комбинированную термическую обработку, состоящую из ДС и старения в течение двух часов. Эксперименты показали, что такая термообработка позволяет получить более высокий уровень свойств по сравнению с одним ДС. Однако, проведенные исследования влияния основных легирующих элементов сплавов на ТКЧ и добротность показали, что расчетный химический состав сплавов применительно к ДС должен быть оптимизирован.

 

Литература:

1.     Р.Джонсон Механические фильтры в электронике М.: Мир, 1986. – с. 406.

2.     Е.Н.Власова, В.И.Маторин. Структурные особенности и упругие свойства элинварных сплавов типа 44НХМТ. Прецизионные сплавы №5, с.78 – 86, Москва, 1979 г.

3.     Кучма С.Н. Исследование влияния режимов термической обработки на физико-механические и элинварные свойства сплава 44НХМТ/ Восточно-европейский журнал передовых технологий. - №6/1(18). – 2005. – С.27 – 29.

4.     Кучма С.Н. Исследование структурных превращений в сплаве 44НХМТ при термической обработке / Восточно-европейский журнал передовых технологий. - №3/1 (21). – 2006. – С.27-29.

5.     Ж.П. Пастухова, А.Г. Рахштадт, Ю.А. Каплун Динамическое старение сплавов М.: Металлургия. – 1985.