Аксенова
Светлана Израилевна
ГП «Завод им.
Малышева» (г. Харьков)
Стародубов
Сергей Юрьевич
Донбасский
государственный технический университет (г. Алчевск)
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ЭЛИНВАРА 46НХВИТЮ
Развитие робототехники, средств связи и навигации, точного
приборостроения требует создания и совершенствования материалов, обладающих специальными
физическими свойствами. В частности, для изготовления упругих элементов
колебательных систем электромеханических фильтров и датчиков частоты требуются
сплавы, обладающие высокой добротностью, стабильным модулем упругости, малой
девиацией скорости колебаний и температурным коэффициентом частоты (ТКЧ),
близким к нулю. Все перечисленные свойства в той или иной мере присущи
элинварным сплавам.
Перспективным элинваром является сплав 46НХВИТЮ,
выпускаемый металлургической промышленностью согласно ТУ 14-1-3429–83 (табл.
1).
Таблица 1 – Физические
свойства сплава 46НХВИТЮ
|
Сортамент |
ТКЧ×10–6, С–1 |
Добротность Q |
Рабочий интервал температур, ºС |
|
лента |
±2 |
15 000 |
–60…+85 |
|
пруток |
±3 |
Указанный в таблице
уровень свойств является недостаточным и не дает возможности применять сплав
46НХВИТЮ без дополнительной термомеханической обработки, которая обеспечивает
необходимый комплекс физических свойств.
Существующая технология обработки полуфабрикатов из
сплава 46НХВИТЮ [1] предусматривает закалку на воду заготовки, нагретой до
1000…950 ºС; механическую обработку для получения требуемых поперечных
размеров и отпуск при температуре 500…520 ºС в течении 1 – 3 часов. Получаемый
в результате пруток имеет добротность 21 000…22 000 единиц.
Недостатком данного способа термической обработки
прутков является относительно малый уровень добротности, значительный расход
материала и низкая стабильность частоты упругого элемента. Поэтому для
дальнейшего совершенствования технологии элинварного сплава 46НХВИТЮ необходим
поиск новых схем обработки.
Сплав 46НХВИТЮ является дисперсионно-твердеющим
элинваром. Как показывает анализ литературных источников, перспективным
направлением технологии данных сплавов является термомеханическая обработка [2,
3], а именно – динамическое старение: процесс распада пресыщенного твердого раствора
в непрерывно изменяющемся поле упругих напряжений, созданном внешней нагрузкой,
и, соответственно, в непрерывно изменяющемся напряженном состоянии сплава. Как
показано в известных исследованиях [4, 5], динамическое старение
дисперсионно-твердеющих сплавов дает возможность существенно улучшить широкий
комплекс его свойств.
Экспериментальные исследования проводились на образцах
проволоки сплава 46НХВИТЮ, изготовленных согласно ТУ 14-1-3429–83. Образцы, нагретые
до температуры 1150±10 ºС подвергали закалке на воду, затем пластической
деформации и старению под нагрузкой. Пластическую деформацию и старение под
нагрузкой выполняли на термоволочильной установке, схема которой представлена
на рис.1.
Рисунок 1– Схема установки для термомеханической
обработки
Установка состоит из последовательно
расположенных задающего устройства 2 для подачи заготовки 1, узлов нагрева 3 и
5, деформации 4 и тянущего устройства 6. Деформирующая головка, установленная
на полом шпинделе, имеет три свободно вращающихся ролика, установленных по
окружности через 120°. Головка вращается с частотой 250…350 об/мин.
Задающие ролики 2 и тянущее устройство 6 обеспечивают подачу элинварной проволоки
к узлам нагрева и деформации. Температура нагрева заготовки индуктором 3 контролируется
фотоэлектрическим пирометром.
Техническая характеристика установки:
- скорость деформации, м/мин 7…10;
- ход тянущего устройства, мм 6000;
- мощность индуктора, кВт 40;
- мощность нагревательного элемента для отпуска, кВт 16;
- мощность электродвигателя стана, кВт 20.
Процесс идет непрерывно-последовательно. Проволока 1
нагревается индуктором 3 до необходимой температуры, протягивается через вращающуюся
деформирующую головку 4, где деформируется. Степень обжатия составляла
ε ≈ 70%. При выходе из зоны деформации проволока,
подогреваемая индуктором до температуры старения, выдерживается под растягивающей
нагрузкой в течении 30 минут. Величину нагрузки выбирали экспериментально с
учетом того, что сопротивление сплава деформации должно быть минимальным. Это
достигается при величине нагрузки
Р = (0,5…0,7)σт, [4]
где σт
– предел текучести материала при данной температуре старения, МПа.
Температуру старения изменяли в интервале 500…700
ºС с шагом 50 ºС.
Для обработанных образцов по известным методикам [5]
определяли добротность и температурный коэффициент модуля упругости (табл. 2).
Таблица 2 – Результаты экспериментального исследования
образцов проволоки сплава 46НХВИТЮ
|
Режим термомеханической обработки |
Добротность, Q |
ТКЧ×10–6, С–1 |
|
|
–60…+20 ºC |
+20…+85 ºC |
||
|
Закалка от 1150±10 ºС на воду; пластическая
деформация с ε ≈ 70%; старение в течении
30 минут при Р = (0,5…0,7)σт при температуре: |
|
|
|
|
500 ºС |
42 000 |
+4,1 |
–4,0 |
|
550 ºС |
48 000 |
–2,5 |
–6,0 |
|
600 ºС |
52 000 |
0 |
–4,1 |
|
650 ºС |
56 000 |
–1,0 |
–2,5 |
|
700 ºС |
52 000 |
+2,0 |
–3,2 |
Из таблицы 2 следует, что
наилучшее сочетание свойств (высокая добротность и близкий к нулю ТКЧ)
достигается при температурах динамического старения 650 – 700 ºС.
Таким образом, применение предлагаемого способа
термомеханической обработки позволяет обеспечить необходимый комплекс
специальных свойств в прутках сплава 46НХВИТЮ, применяемых в качестве
полуфабрикатов, для изготовления деталей приборостроения и радиоэлектронной
промышленности.
ПЕРЕЧЕНЬ
ССЫЛОК
1. А.с. 798186 СССР, МКИ3 C21B1/18 Способ
термической обработки резонаторов из дисперсионно-твердеющих элинваров / А.Г.
Карпов, Н.А. Гришина, В.И. Бодриков (СССР). – №2608410/22–02; заявл. 09.03.78;
опубл. 23.01.81.
2. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы / А.Г.
Рахштадт. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1982. – 400 с.
3. Бернштейн М.Л. Термомеханическая обработка металлов
и сплавов: в 2 т. / М.Л. Бернштейн. – М.: Металлургия, 1968. – Т.1.:
Термомеханическая обработка сплавов. – 1968. – 596 с., ил.
4. Пастухова Ж.П. Динамическое старение сплавов / Ж.П.
Пастухова, А.Г. Рахштадт, Ю.А. Каплун. – М.: Металлургия, 1985. – 223 с.
5. Лившиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов
/ Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Липецкий. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.,
ил.