RU2529604C1 - Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок - Google Patents
Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529604C1 RU2529604C1 RU2013115735/02A RU2013115735A RU2529604C1 RU 2529604 C1 RU2529604 C1 RU 2529604C1 RU 2013115735/02 A RU2013115735/02 A RU 2013115735/02A RU 2013115735 A RU2013115735 A RU 2013115735A RU 2529604 C1 RU2529604 C1 RU 2529604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- workpiece
- deformation
- grain size
- torsion
- strikers
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области обработки давлением и может быть использовано для получения нанокристаллических заготовок металлов и сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами. Производят равноканальное угловое прессование цилиндрической заготовки. При этом в металле заготовки формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм. Затем заготовку разрезают на диски, каждый из которых подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков. Деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа при количестве оборотов бойков n
2. При этом обеспечивают формирование однородной нанокристаллической структуры с размером зерна
100 нм. В результате улучшаются физико-механические свойства обрабатываемого металла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к обработке материалов давлением и может быть использовано для получения нанокристаллических заготовок металлов и сплавов с улучшенными физико-механическими свойствами для применения в машиностроении, авиадвигателестроении, в медицине для изготовления имплантатов.
Известен способ обработки металлов равноканальным угловым прессованием (РКУП), по которому в металле получают ультрамелкозернистую (УМЗ) структуру, обеспечивающую улучшение физико-механических характеристик (Сегал В.М. Пластическая обработка металлов простым сдвигом / В.М. Сегал, В.И. Резников, А.С. Дробышевкий, В.И. Копылов // Известия АН СССР. Металлы. - 1981. - С.115-123). РКУП заключается в деформации заготовок сдвигом в зоне пересечения каналов равного сечения. Заготовка неоднократно прессуется в специальной оснастке через два канала с одинаковыми поперечными сечениями, пересекающимися обычно под углом от 90 до 120°. В случае труднодеформируемых материалов деформация осуществляется при повышенных температурах. Метод РКУП позволяет получить УМЗ-структуру с размером зерна около 200 нм в массивных образцах диаметром от 10 до 60 мм и длиной от 100 до 350 мм (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с).
Недостаток РКУП заключается в следующем. С его помощью невозможно измельчать зерно металла до нанокристаллического (НК) состояния с размером зерна менее 100 нм (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с).
Известен другой способ обработки металлов и сплавов - интенсивная пластическая деформация кручением под высоким давлением (ИПДК). ИПДК позволяет достигать наиболее высоких степеней деформации
и формировать НК структуру в материалах. Схема деформации была предложена П.В. Бриджменом (Бриджмен П. Исследования больших пластических деформаций и разрыва. Влияние высокого гидростатического давления на механические свойства материалов / П. Бриджмен; пер. с англ. А.И. Лихтера; под ред. Л.Ф. Верещагина. - М.: Ин. лит-ра, 1955. - 444 с).
Недостатки известного способа заключаются в следующем. Известно, что при ИПДК степень деформации е зависит от радиуса г образца по формуле:
, где e - логарифмическая степень деформации, n - число оборотов бойков (наковален), к и д - соответственно радиус и толщина образца в точке, в которой определяется степень деформации. В связи с этим структура образцов после ИПДК при малом числе оборотов бойков неоднородна (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. - 398 с). Для достижения в образце однородной наноструктуры методом ИПДК требуется достаточно большое число оборотов (обычно n≤5), что при необходимых для реализации процесса больших давлениях (5 ГПа и более) может приводить к разрушению образца и оснастки.
Наиболее близким к заявляемому является способ комбинированной интенсивной пластической деформации (RU 2240197, МПК B21J 5/00, C22F 1/18, опубл. 20.11.2004), в котором процесс осуществляют в следующий последовательности: деформация кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование, при этом заготовку дополнительно подвергают низкотемпературному отжигу для снятия внутренних напряжений.
Недостатком прототипа является невозможность измельчать зерно металла до нанокристаллического (НК) состояния с размером зерна менее 100 нм, что не обеспечивает обрабатываемому материалу высоких физико-механических свойств.
Задачей изобретения является улучшение физико-механических свойств обрабатываемого металла, в частности повышение твердости, за счет создания в металле однородной наноструктуры с размером зерна менее 100 нм.
Поставленная задача решается способом комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, включающим деформацию кручением и равноканальное угловое прессование. В отличие от прототипа деформацию кручением осуществляют после равноканального углового прессования, при котором в цилиндрической заготовке формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм, затем заготовку разрезают на диски, а каждый диск подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков - верхнего и нижнего, причем деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа, при количестве оборотов бойков n≤2, с обеспечением формирования однородной нанокристаллической структуры в заготовке с размером зерна ≤100 нм.
Согласно изобретению на поверхности нижнего бойка выполнена канавка.
Технический результат достигается сочетанием РКУП+ИПДК в указанных режимах, что позволяет сформировать в материале однородную нанокристаллическую структуру с размером зерна ≤100 нм, приводящую к повышению механических характеристик материала.
Способ осуществляют следующим образом.
На первом этапе цилиндрическую заготовку подвергают РКУП при таких температурах и количестве циклов, которые обеспечивают формирование однородной УМЗ структуры в выбранном материале с размером зерна 200-300 нм.
После окончания этапа РКУП заготовку вынимают из оснастки и охлаждают до комнатной температуры. Проводится контроль микроструктуры и микротвердости в полученной заготовке.
После РКУП цилиндрическую заготовку разрезают на диски толщиной 0,8-1,5 мм. Далее заготовка-диск подвергается ИПДК при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа и количестве оборотов бойков n=1-2. В результате данной обработки происходит дополнительное измельчение зерна до размера ≤100 нм с формированием в материале заготовки НК структуры. После окончания ИПДК повторно проводят контроль микроструктуры и микротвердости образца.
Пример конкретного выполнения.
В качестве заготовки использовали пруток из титана Grade-4 диаметром 20 мм и длиной 80 мм. На первом этапе заготовку подвергали РКУП при температуре 450°C с числом циклов n=5. В результате в материале формировалась однородная УМЗ структура с размером зерна около 300 нм.
После окончания РКУП заготовку вынимали из оснастки и охлаждали до комнатной температуры. Проводился контроль микроструктуры и микротвердости полученной заготовки.
Затем заготовку разрезали на диски толщиной 1.1 мм и диаметром 20 мм.
На следующем этапе заготовку-диск подвергали ИПДК на бойках диаметром 20 мм с канавкой на поверхности нижнего бойка глубиной 0.7 мм, под давлением 6 ГПа и количестве оборотов бойков n=2. В результате ИПДК происходит дополнительное измельчение зерна материала заготовки, что приводит к формированию ПК структуры с размером зерна менее 100 нм по всему объему заготовки-диска. После окончания ИПДК повторно проводили контроль микроструктуры и микротвердости.
В таблице приведены сравнительные значения микротвердости в образцах из Ti Grade-4, полученных по традиционным схемам и по заявляемому способу.
Вид обработки | Hv (микротвердость), МПа | |
3000 | В центре образца | По краю образца |
РКУП | 3000 | |
ИПДК n=2 | 4000 | 5000 |
РКУП+ИПДК n=2 | 5000 | 5000 |
Из таблицы следует, что в результате обработки по заявляемому способу в материале заготовки получают однородную нанокристаллическую структуру и высокие показатели микротвердости.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет улучшить физико-механические свойства обрабатываемого металла, в частности повысить микротвердость, за счет создания в металле однородной наноструктуры с размером зерна менее 100 нм. Данная обработка позволяет получать наноструктурные образцы из титана и сплава TiNi, в том числе для изготовления медицинских имплантатов.
Claims (2)
1. Способ комбинированной интенсивной пластической деформации металлических заготовок, включающий деформацию кручением и равноканальное угловое прессование, отличающийся тем, что деформацию кручением осуществляют после равноканального углового прессования, при котором в металле цилиндрической заготовки формируют ультрамелкозернистую структуру с размером зерна 200-300 нм, затем заготовку разрезают на диски, а каждый диск подвергают интенсивной пластической деформации кручением при помощи двух вращающихся бойков - верхнего и нижнего, причем деформацию кручением проводят при комнатной температуре под давлением 4-6 ГПа при количестве оборотов бойков n≤2 с обеспечением формирования однородной нанокристаллической структуры в заготовке с размером зерна ≤100 нм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхности нижнего бойка выполнена канавка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013115735/02A RU2529604C1 (ru) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013115735/02A RU2529604C1 (ru) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2529604C1 true RU2529604C1 (ru) | 2014-09-27 |
RU2013115735A RU2013115735A (ru) | 2014-10-27 |
Family
ID=51656737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013115735/02A RU2529604C1 (ru) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2529604C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2628594C2 (ru) * | 2015-11-24 | 2017-08-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ повышения адгезионной прочности покрытия TiN и (Ti+V)N к подложке титанового сплава ВТ-6 |
RU2709416C1 (ru) * | 2019-10-14 | 2019-12-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ обработки технически чистого титана большой пластической деформацией |
RU2772151C1 (ru) * | 2021-10-19 | 2022-05-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» | Способ обработки заготовок из ферритно-мартенситной стали |
DE112020003615T5 (de) | 2019-07-29 | 2022-05-19 | Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "Toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet" | Verfahren zur gemischten behandlung von magnesiumlegierungen (varianten) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2172350C2 (ru) * | 1999-07-19 | 2001-08-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Устройство для деформационной обработки заготовок |
RU2188091C2 (ru) * | 2000-07-13 | 2002-08-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Устройство для обработки материалов давлением |
RU2240197C1 (ru) * | 2003-07-22 | 2004-11-20 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок |
EP1861211B1 (en) * | 2005-03-24 | 2012-11-07 | University of Strathclyde | Severe plastic deformation of metals |
-
2013
- 2013-04-08 RU RU2013115735/02A patent/RU2529604C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2172350C2 (ru) * | 1999-07-19 | 2001-08-20 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Устройство для деформационной обработки заготовок |
RU2188091C2 (ru) * | 2000-07-13 | 2002-08-27 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Устройство для обработки материалов давлением |
RU2240197C1 (ru) * | 2003-07-22 | 2004-11-20 | Уфимский государственный авиационный технический университет | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок |
EP1861211B1 (en) * | 2005-03-24 | 2012-11-07 | University of Strathclyde | Severe plastic deformation of metals |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2628594C2 (ru) * | 2015-11-24 | 2017-08-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Способ повышения адгезионной прочности покрытия TiN и (Ti+V)N к подложке титанового сплава ВТ-6 |
DE112020003615T5 (de) | 2019-07-29 | 2022-05-19 | Federalnoye Gosudarstvennoye Byudzhetnoye Obrazovatelnoye Uchrezhdeniye Vysshego Obrazovaniya "Toliattinskiy Gosudarstvennyy Universitet" | Verfahren zur gemischten behandlung von magnesiumlegierungen (varianten) |
RU2709416C1 (ru) * | 2019-10-14 | 2019-12-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ обработки технически чистого титана большой пластической деформацией |
RU2772151C1 (ru) * | 2021-10-19 | 2022-05-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» | Способ обработки заготовок из ферритно-мартенситной стали |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013115735A (ru) | 2014-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Segal | modes and processes of severe plastic deformation (SPD) | |
Langdon | Twenty-five years of ultrafine-grained materials: Achieving exceptional properties through grain refinement | |
Agarwal et al. | Mechanical behaviour of Aluminium Alloy AA6063 processed through ECAP with optimum die design parameters | |
Li et al. | Effect of multi-pass ultrasonic surface rolling on the mechanical and fatigue properties of HIP Ti-6Al-4V alloy | |
RU2529604C1 (ru) | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок | |
Panov et al. | Metastable austenitic steel structure and mechanical properties evolution in the process of cold radial forging | |
Oevermann et al. | On the evolution of residual stresses, microstructure and cyclic performance of high-manganese austenitic TWIP-steel after deep rolling | |
RU2240197C1 (ru) | Способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок | |
Markovsky et al. | Effect of strain rate on microstructure evolution and mechanical behavior of titanium-based materials | |
Volokitin et al. | Thermomechanical treatment of steel using severe plastic deformation and cryogenic cooling | |
Fakhar et al. | Significant improvements in mechanical properties of AA5083 aluminum alloy using dual equal channel lateral extrusion | |
Braszczyńska-Malik et al. | Microstructure of AZ91 alloy deformed by equal channel angular pressing | |
Semenova et al. | Fatigue properties of Ti alloys with an ultrafine grained structure: Challenges and achievements | |
Gu et al. | Deformation structure and mechanical properties of pure titanium produced by rotary-die equal-channel angular pressing | |
Gao et al. | Literature review on the fatigue properties of materials processed by surface mechanical attrition treatment (SMAT) | |
Li et al. | Microhardness distribution and microstructural evolution in pure aluminum subjected to severe plastic deformation: elliptical cross-sectioned spiral equal-channel extrusion (ECSEE) | |
Łyszkowski | Influence of Strain Route Changes on the Microstructure and Mechanical Properties of CuZn36 Alloy during Cross Channel Extrusion CCE | |
Segal et al. | Semi-continuous equal-channel angular extrusion and rolling of AA5083 and AZ31 alloys | |
Valiev | Recent developments of severe plastic deformation techniques for processing bulk nanostructured materials | |
RU2586188C1 (ru) | Способ интенсивной пластической деформации кручением под высоким давлением при ступенчатом нагреве заготовок | |
RU2641207C1 (ru) | Способ получения заготовки из наноструктурного сплава Ti49,3Ni50,7 с эффектом памяти формы | |
Olszówka-Myalska et al. | Effect of magnesium powder application on the microstructure and properties of rods extruded by the forward-backward rotating die extrusion method | |
Terent’ev et al. | Effect of equal-channel angular pressing on the fatigue strength of titanium and a zirconium alloy | |
RU2692539C1 (ru) | Способ получения объемных заготовок высокомарганцевой стали с рекристаллизованной мелкозернистой структурой | |
Gil Sevillano | Dynamic steady state by unlimited unidirectional plastic deformation of crystalline materials deforming by dislocation glide at low to moderate temperatures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150409 |