Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической обработке металлов, их формообразованию, а также к области исследования процессов полиморфных превращений в металлах при высоких температурах и может быть использовано в процессе пластическо-деформационного формообразования материалов.The invention relates to mechanical engineering, mainly to the heat treatment of metals, their shaping, as well as to the field of research of polymorphic transformations in metals at high temperatures and can be used in the process of plastic-deformation shaping of materials.
Известен способ определения температуры полиморфного превращения титановых сплавов методом пробных закалок (Металлография титановых сплавов / под ред. Аношкина Н.Ф., Бочвара Г.А., Ливанова В.А. и др. М.: Металлургия, 1980. С.36), заключающийся в фиксировании структуры сплава после закалки с нагревом при последовательно повышающихся температурах в районе α→β перехода. Данный способ отличается низкой производительностью и высокой трудоемкостью, требует изготовления большого количества образцов, применения сложного лабораторного оборудования, а также не отличается высокой точностью результатов исследования.A known method for determining the temperature of the polymorphic transformation of titanium alloys by the method of trial hardening (Metallography of titanium alloys / edited by Anoshkin N.F., Bochvar G.A., Livanov V.A. et al. M .: Metallurgy, 1980. P.36) consisting in fixing the structure of the alloy after quenching with heating at successively increasing temperatures in the region of the α → β transition. This method is characterized by low productivity and high complexity, requires the manufacture of a large number of samples, the use of sophisticated laboratory equipment, and also does not differ in high accuracy of the research results.
Также известен способ определения температуры полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах (Патент № RU 2248539 C2 от 20.03.2005 г.), заключающийся в нагреве образца до температуры, обеспечивающей свободное провисание жестко закрепленного образца, соответствующей температуре полиморфного превращения α→β. Но данный способ позволяет определять момент достижения температуры полиморфного превращения, но не предусматривает определения значения этой температуры. Кроме того, данный способ также не отличается высокой точностью и, в частности, не позволяет определить температуру начала полиморфного превращения - свободное провисание образца происходит после того, как изменение кристаллической решетки произойдет в большей части объема образца, что при постоянной скорости нагрева приводит к завышению измеренной температуры начала полиморфного превращения. Кроме того, определенная с помощью данного способа температура начала полиморфного превращения будет зависеть от степени прогрева образца, то есть от его толщины, профиля сечения и других факторов. К недостаткам данного прототипа следует также отнести возможность исследования только листовых образцов с достаточно ограниченным диапазоном габаритных размеров и отсутствие возможности применения способа для исследования образцов сложных форм и разных габаритов.Also known is a method for determining the temperature of polymorphic transformation in biphasic titanium alloys (Patent No. RU 2248539 C2 dated 03.20.2005), which consists in heating the sample to a temperature that provides free sagging of the rigidly fixed sample corresponding to the temperature of the polymorphic transformation α → β. But this method allows you to determine the moment of reaching the temperature of the polymorphic transformation, but does not provide for determining the value of this temperature. In addition, this method also does not differ in high accuracy and, in particular, does not allow to determine the temperature of the onset of polymorphic transformation - free sagging of the sample occurs after a change in the crystal lattice occurs in most of the sample volume, which at a constant heating rate leads to an overestimation of the measured the temperature of the onset of polymorphic transformation. In addition, the temperature of the onset of polymorphic transformation determined using this method will depend on the degree of heating of the sample, that is, on its thickness, cross-sectional profile, and other factors. The disadvantages of this prototype should also include the ability to study only sheet samples with a rather limited range of overall dimensions and the lack of the possibility of using the method for the study of samples of complex shapes and different dimensions.
Изобретение направлено на повышение производительности и точности определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах для использования в технологических процессах горячей штамповки.The invention is aimed at increasing the productivity and accuracy of determining the temperature of the onset of polymorphic transformation in two-phase titanium alloys for use in hot stamping processes.
Указанный технический результат обеспечивается заявляемым способом определения температуры начала полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии, включающим нагрев образцов под закалку до заданной температуры, отличающимся тем, что во время нагрева заготовки регистрируется излучаемая ею АЭ и производится анализ активности АЭ, а температура полиморфного превращения определяется по скачкообразному снижению активности АЭ.The specified technical result is provided by the claimed method for determining the temperature of the onset of polymorphic transformation in biphasic titanium alloys using the acoustic emission method, including heating the quenched samples to a predetermined temperature, characterized in that the AE emitted by it is recorded during heating of the billet and the AE activity is analyzed, and the temperature polymorphic transformation is determined by an abrupt decrease in AE activity.
Порядок операций в указанном способе следующий. К образцу закрепляется звуковод и термопара. Ко второму концу звуковода закрепляется широкополосный пьезоэлектрический датчик акустической эмиссии. Образец помещается в печь и выполняется его нагрев. В процессе нагрева измеряется температура образца и регистрируются излучаемые образцом сигналы акустической эмиссии. Активность АЭ определяется как скорость излучения АЭ сигналов (имп./с). Момент резкого снижения активности АЭ соответствует температуре начала полиморфного превращения.The order of operations in the specified method is as follows. A sound guide and a thermocouple are fixed to the sample. A broadband piezoelectric acoustic emission sensor is attached to the second end of the sound guide. The sample is placed in an oven and heated. During heating, the temperature of the sample is measured and acoustic emission signals emitted by the sample are recorded. AE activity is defined as the emission rate of AE signals (imp./s). The moment of a sharp decrease in AE activity corresponds to the temperature of the onset of polymorphic transformation.
Пример реализации способаAn example implementation of the method
Предлагаемый способ был применен для определения температуры начала полиморфного превращения в сплаве ВТ20. Контрольные образцы сечением 2×15 мм нагревались от температуры 18°C до температуры 1100°C в предварительно нагретой до температуры 1100°C муфельной печи. В процессе нагрева контролировалась температура образца с помощью хромель-алюмелевой термопары, зачеканеной в образец. Во время нагрева образца также анализировались сигналы акустической эмиссии, регистрируемые широкополосным пьезоэлектрическим преобразователем GT-301 (Globaltest) и рассчитывались спектры сигналов акустической эмиссии с применением алгоритма быстрого преобразования Фурье. На фиг.1 представлен график активности акустической эмиссии. Температура начала полиморфного превращения Тпп определялась как температура, соответствующая моменту скачкообразного снижения активности АЭ. Для исследованного материала Тпп=1010°C, соответствующая моменту изменения активности АЭ с 35 имп./с до 12 имп./с.The proposed method was applied to determine the temperature of the onset of polymorphic transformation in the VT20 alloy. Control samples with a cross section of 2 × 15 mm were heated from a temperature of 18 ° C to a temperature of 1100 ° C in a muffle furnace preheated to a temperature of 1100 ° C. During heating, the temperature of the sample was controlled using a chromel-alumel thermocouple minted into the sample. During sample heating, the acoustic emission signals recorded by the GT-301 wideband piezoelectric transducer (Globaltest) were also analyzed and the acoustic emission spectra were calculated using the fast Fourier transform algorithm. Figure 1 presents a graph of the activity of acoustic emission. The temperature of the onset of polymorphic transformation T PP was determined as the temperature corresponding to the moment of an abrupt decrease in AE activity. For the studied material, T pp = 1010 ° C, corresponding to the moment of change in AE activity from 35 imp./s to 12 imp./s.
Для контроля результатов эксперимента исследованный материал подвергался дилатометрическим исследованиям на дилатометре Netzsch DIL 402 PC. Результаты исследования представлены на фиг.2. Таким образом, результаты дилатометрических исследований подтверждают результаты исследования заявляемым способом.To control the results of the experiment, the studied material was subjected to dilatometric studies on a Netzsch DIL 402 PC dilatometer. The results of the study are presented in figure 2. Thus, the results of dilatometric studies confirm the results of the study of the claimed method.
Предлагаемый способ определения температуры полиморфного превращения в двухфазных титановых сплавах с использованием метода акустической эмиссии позволяет повысить производительность и точность определения температуры полиморфного превращения, а также выполнять измерения без ограничений по скорости нагрева, форме и конфигурации образца.The proposed method for determining the temperature of polymorphic transformation in biphasic titanium alloys using the acoustic emission method allows to increase the productivity and accuracy of determining the temperature of polymorphic transformation, as well as perform measurements without restrictions on the heating rate, shape and configuration of the sample.
