Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса
1.1. Вибрации и колебания в лесопильном оборудовании и методы их гашения 13
1.1.1 . Резиновые и резинометаллические амортизаторы 21
1.1.2 . Тросовые амортизаторы 22
1.1.3 . Амортизаторы с квазинулевой жёсткостью 25
1.1.4 . Виброизоляторы с дополнительными инертными массами 31
1.1.5 . Пластинчатые виброизоляторы 34
1.2. Технология изготовления пластинчатых металлических амортизаторов, в том числе, коррозионностойких 47
1.3. Особенности структурных превращений при упрочняющей термообработке сплава 36НХТЮ 55
1.3.1. Особенности структурных превращений в сплаве 36НХТЮ при закалке 56
1.3.2. Особенности структурных превращений в сплаве 36НХТЮ при старении 59
1.4. Существующие методы термообработки сплава 36НХТЮ, их сопоставление по комплексу достигаемых свойств 66.
2. Материал и методы исследования
2.1. Объекты исследования. Подготовка образцов 69
2.2. Методика проведения скоростной термической обработки сплава при исследовании 71
2.3. Методика проведения микроструктурных и электронно-микроскопических исследований сплава 79
2.3.1. Оптическдя микроскопия 79
2.3.2. Электронная микроскопия 81
2.4. Методика определения физических и механических свойств сплава 82
2.4.1. Определение удельного электросопротивления сплава 82
2.4.2. Определение механических свойств сплава при статическом растяжении 83
2.4.3. Определение твердости сплава 85
2.4.4. Определение сопротивления сплава микропластическим деформациям при изгибе 85
2.5. Методика проведения эксплуатационных испытаний 85
2.5.1. Определение релаксации напряжений в сплаве в условиях длительного статического нагружения изгибом 86
2.5.2. Проведение испытаний сплава при циклическом нагружении...87
3. Исследование процесса формирования структуры и свойств сплава 36НХТЮ с применением скоростного электронагрева в процессе рекристаллизационной обработки
3.1. Состояние вопроса 90
3.2. Влияние скоростной рекристаллизационной обработки на формирование структуры сплава при закалке и старении 92
3.3. Влияние параметров скоростной рекристаллизационной обработки сплава на комплекс его физических, механических и технологических свойств 100
3.4. Влияние режима старения после скоростной рекристаллизационной обработки на эксплуатационные свойства сплава 36НХТЮ 113
4. Исследование процесса формирования структуры и свойств сплава 36НХТЮ с применением скоростной электротермической обработки в качестве обработки на структурный возврат
4.1. Состояние вопроса 119
4.2. Оптимизация режима обработки на структурный возврат применением скоростной электротермической обработки 120
4.3. Сопоставление свойств сплава 36НХТЮ с различным структурным состоянием. Анализ связи между структурным состоянием и свойствами сплава 128
4.4. Практическое опробование разработанных режимов скоростной термической обработки сплава 36НХТЮ при изготовлении металлических амортизаторов деревообрабатывающего оборудования 132
4.5. Исследование явления технологической сверхпластичности в сталях различной легированности, используемых для изготовления упругих элементов 134
Выводы 139
Литература 141
Приложения 146
- Технология изготовления пластинчатых металлических амортизаторов, в том числе, коррозионностойких
- Методика проведения скоростной термической обработки сплава при исследовании
- Влияние скоростной рекристаллизационной обработки на формирование структуры сплава при закалке и старении
- Оптимизация режима обработки на структурный возврат применением скоростной электротермической обработки
Введение к работе
В процессе работы лесопильного оборудования возникают вибрации различных частот и амплитуд. С целью повышения долговечности оборудования и инструмента, увеличения точности обработки применяют различные виды виброизоляторов (амортизаторов и демпферов).
Колебания оборудования во время работы располагаются в очень широком диапазоне частот (от 5 до 1000 Гц) и амплитуд (от 0,01 до 5 мм). Например, низкочастотные вибрации возвратно-поступательно движущихся пильных рам создают упругое поле радиусом в сотни метров, в которое попадают не только операторы станка, но и окружающие строения. В результате снижается ресурс зданий и прочих конструкций.
Источниками колебаний ротационного оборудования являются неуравновешенность (дисбаланс) вращающихся масс, технологические нагрузки, воздействие подшипниковых опор, перекосы и несоосности сопрягаемых звеньев, например пильного вала и ротора электродвигателя. Возникающие при вращении силы инерции от дисбаланса создают дополнительные нагрузки на опоры, возбуждают колебания деталей и узлов оборудования.
Кроме того, рубильные машины генерируют вибрации, возбуждаемые ударными нагрузками, возникающими в процессе рубки древесины. Дополнительными источниками колебаний являются удары баланса о диск рубительной машины.
Одним из источников структурных вибраций являются редукторные передачи, выполненные, как правило, на зубчатых колесах из однородного материала.
Вибрации ленточнопильных станков провоцируются
неуравновешенностью вращающихся масс приводных барабанов и сильно влияют на точность пиления.
Резонансные колебания дисковых пил возникают в результате изменения режущей силы при врезании каждого зуба, поэтому их диапазон — десятки герц.
Основным и наиболее проблемным источником вибраций в лесопильных цехах являются лесопильные рамы. Основными силами, возбуждающими колебания лесопильных рам, являются силы инерции механизма резания.
Существует несколько путей борьбы с вибрациями: балансировка подвижных масс, уравновешивание инерционных сил с помощью различных устройств, групповая установка оборудования для взаимного гашения вибраций, а также виброизоляция оборудования или его отдельных движущихся частей.
Многократно предпринимались попытки уравновесить возвратно-поступательно движущиеся большие массы, но решения задачи найдено не было. Поэтому наиболее перспективным решением представляется виброизоляция подвижных частей лесопильной рамы или ее фундамента.
Наибольшее применение в настоящее время находят резиновые и резинометаллические амортизаторы. Эти амортизаторы выпускаются серийно большими партиями; они достаточно полно изучены (имеются методики расчёта резиновых амортизаторов); просты в устройстве, изготовлении и эксплуатации.
Но вместе с этим, резина как материал исчерпала свои возможности, и принципиально новых амортизаторов на основе резины в настоящее время нет. В процессе эксплуатации под нагрузкой резина течёт и меняет свои размеры, что приводит к нарушению связей между отдельными элементами машин. Резина стареет, что приводит к заметному ухудшению её физических свойств. Свойства резины так же зависят от температуры. В зимний период амортизаторы становятся гораздо жёстче, чем летом. Кроме того, резина подвержена влиянию атмосферных воздействий, древесной пыли, агрессивных сред, топлива и масел.
По комплексу эксплуатационных свойств (диапазон демпфируемых колебаний, выносливость, постоянство характеристик на протяжении времени эксплуатации, способность работать в агрессивных средах и в широком диапазоне температур) лучшими для деревообрабатывающего оборудования являются пластинчатые амортизаторы-демпферы. Они представляют собой пакеты гофрированных металлических пластин, иногда заполненной демпфирующей жидкостью (масло, жидкости на кремниевой основе).
Все свойства амортизаторов зависят от материала, из которого изготовлены упругие элементы. Таким образом, исследования дополнительных возможностей для оптимизации свойств этих материалов одновременно служат и целям экономии ресурсов, и повышению эксплуатационных характеристик конкретных изделий, что определяет их эффективность.
Особенно остро эта проблема стоит в отношении сплавов, из которых изготавливаются элементы и узлы, определяющие надёжность и долговечность промышленных изделий, в данном случае виброизоляторов.
К числу подобных сложных задач может быть отнесена задача повышения комплекса свойств аустенитного дисперсионно-твердеющего пружинного сплава 36НХТЮ. Этот сплав характеризуется уникальным сочетанием физико-химических, механических и технологических свойств [34]: он немагнитен вплоть до криогенных температур, коррозионностоек в атмосферных условиях и в ряде окислительных сред. В закалённом состоянии сплав отличается высокой пластичностью, хорошо штампуется, допускает применение глубокой вытяжки. После старения в сплаве достигается весьма высокий уровень упрочнения. Подобное состояние свойств и предопределило применение сплава 36НХТЮ для изготовления ответственных упругих элементов.
Тем не менее, практика использования сплава 36НХТЮ для упругих элементов сложной формы (типа мембран), особенно при осуществлении новых конструктивных решений, ориентированных на повышение рабочих
8 параметров, надёжности и долговечности, выявила ряд серьёзных* недостатков. Сплав не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям главным образом по двум критериям: вследствие низкого сопротивления усталостному разрушению и недостаточной технологической пластичности, что и ограничивает возможность его применения.
При постановке исследований учитывали следующие обстоятельства:
Структурная неоднородность — характерная особенность сплава 36НХТЮ, подвергнутого упрочняющей термической обработке по обычно применяемому режиму. После закалки и старения в нём формируется структура смешанного типа: в пределах каждого зерна приграничные* области имеют ячеистую структуру со стержнеобразными частицами упрочняющей у'-фазы, образовавшуюся в результате их выделения по прерывистому механизму; в центральных областях зёрен присутствуют равноосные частицы у'-фазы, обусловленные распадом по непрерывному механизму. Подобная смешанная структура характеризуется не только микроскопической неоднородностью, но и неоднородностью упрочнения в областях прерывистого и непрерывного распада, вследствие чего границы указанных областей, как можно предположить, могут стать местами зарождения и развития усталостных трещин.
Технология изготовления мембран предполагает проведение холодной пластической деформации (штамповки) непосредственно перед заключительным старением. Пластическая деформация в различных зонах мембран может быть весьма неоднородной и достигать значительной величины, дополнительно усиливая структурную неоднородность сплава (изменяя соотношение объёмной доли прерывистого и непрерывного распада), фиксируемую после старения. Подобные изменения структуры способны оказать существенное влияние на усталостную повреждаемость мембраны.
Появление усталостных трещин инициируется, как известно, в первую очередь в местах концентрации напряжений. Поэтому проблема структурной неоднородности сплава, усиливающейся в отдельных зонах
9 мембраны, должна рассматриваться совместно с анализом распределения и уровня напряжений, действующих в мембране при её нагружении. Причинами преждевременного разрушения мембран могут стать превышение допустимого уровня напряжений при их концентрации именно в участках наиболее высокой структурной неоднородности.
Основной этап исследований посвящен изысканию эффективных путей-реализаций оптимального структурного состояния сплава 36НХТЮ, обеспечивающего достижение требуемого уровня технологической пластичности и улучшение эксплуатационных характеристик.
Их реализация связана с двумя условиями: необходимо использовать холоднодеформированный сплав с обжатием не менее 50%, а также применять режимы скоростной термической обработки. Последнее условие трудно выполнить, используя обычное печное оборудование, что и сдерживает применение рекомендованных схем обработки.
Весьма перспективной для выполнения операций нагрева тонколистовых заготовок может оказаться скоростная термическая обработка (СТО) с нагревом электрическим током. Основные преимущества'нагрева проходящим током - высокая скорость нагрева (до 104 С/с), возможность осуществлять безокислительный нагрев, обеспечить высокую скорость охлаждения, точное воспроизведение всего цикла обработки в автоматическом режиме.
Для выяснения перспективности применения СТО с целью формирования сплава 36НХТЮ оптимального структурного состояния и существенного улучшения его свойств провели:
Исследование возможности получения мелкозернистой структуры при использовании электронагрева в качестве скоростной рекристаллизационной обработки.
Исследование возможности получения мелкозернистой структуры при использовании электронагрева в качестве скоростной обработки на возврат.
3. Сравнительный анализ физико-механических и технологических
свойств сплава 36НХТЮ после стандартного способа упрочнения и
разработанных схем- обработки, включающих применение скоростного
электроконтактного нагрева.
Целью исследований является снижение уровня динамических нагрузок (гашения вибраций) лесопильного оборудования за счет применения в виброизоляционных опорах упругих элементов новых конструкций и повышение эффективности работы упругих элементов в виброизоляционных опорах.
Для этого решали следующие задачи:
Определение пути снижения вибраций фундаментов лесопильных рам.
Анализ конструкций виброизоляторов.
Разработка конструкции виброизолятора и исследование его упругих характеристик.
Научная новизна работы:
На основании проведенного анализа подобран и исследован материал с высокими упругими свойствами.
Предложены способы формирования в материале однородного-структурного состояния, гарантирующего повышение его сопротивления усталостному разрушению основанные на использовании скоростной термической обработки.
3. Составлен алгоритм расчета напряжений для усталостных
испытаний материала по методу «плоский изгиб».
Практическая ценность полученных результатов:
1. На основе разработанной конструкции виброизолятора для лесопильных рам предложены оптимальные режимы скоростной-термической обработки сплава 36НХТЮ, обеспечивающие высокий уровень механических свойств материала.
2. Разработана опытно-экспериментальная установка для
скоростной термической обработки ленточных заготовок и пружин и технологический процесс термической обработки пластинчатых и
# гофрированных упругих элементов виброизоляторов.
Реализация работы.
Разработанные виброизоляторы применены на лесопильном участке МУП «Куликовское ЖКХ».
Апробация работы.
По основным научным результатам работы сделаны доклады: на
научно-технических конференциях профессорско-преподавательского
состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов АГТУ
^ (Архангельск, 2005 г. и 2006 г.); на международной научно-технической
конференции, посвященной 75-летию АГТУ (2004 г.); на 4-й всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2006 г.)
« Выполненные исследования показали, что разработанные и
рекомендуемые технологические процессы, использующие проведение
рекристаллизационной обработки и обработки на возврат сплава 36НХТЮ с
применением скоростного электроконтактного нагрева - перспективный и
высокоэффективный путь существенного улучшения комплекса его
технологических и эксплуатационных свойств. Электроконтактный нагрев -
* экологически чистый, ресурсосберегающий процесс, осуществляемый в
автоматическом режиме, в защитной атмосфере, с точным контролем
температуры (±5С), времени (±0,01 с), скорости нагрева (±3%).
Электронагрев легко вписывается в технологию изготовлению большинства
видов упругих элементов из ленточных и проволочных полуфабрикатов,
может быть совмещён с проведением операции штамповки.
Указанные обстоятельства обусловливают целесообразность его
широкого применения при изготовлении упругих элементов сложной формы,
применяемых в амортизаторах для лесопильного оборудования, из сплава
36НХТЮ.
На защиту выносятся:
1. Конструкция пластинчатого виброизолятора для
деревообрабатывающего оборудования.
Технологический процесс изготовления коррозионно- и теплостойких пластинчатых виброизоляторов для лесопильных рам.
Закономерности влияния параметров термической обработки на эксплуатационные свойства упругих элементов.
Метод испытания тонких пластин на выносливость по схеме «продольный изгиб» и алгоритм расчета напряжений при испытании образцов. '
Технология изготовления пластинчатых металлических амортизаторов, в том числе, коррозионностойких
Технологический процесс изготовления упругих элементов достаточно прост и не требует сложного специального оборудования. Его несложно организовать на любом машиностроительном предприятии. Выбор технологической схемы зависит от масштаба производства и, естественно, возможно несколько вариантов технологий. Поэтому в работе рассмотрены основные принципы, которые обязательно должны быть учтены при изготовлении как гофрированных, так и плоских пластин.
Для дальнейшего рассмотрения зададимся исходными материалами пластин - это лента шириной 30...50 мм, толщиной 0,2 ... 0,5 мм; материал -любая пружинная сталь (например, 60С2Ф, 65Г и т.п.). Состояние поставки -холодно или горячекатаная полоса.
Для получения пластин с заданной геометрией гофр и нужными механическими свойствами необходимо провести следующие технологические операции: штамповку пластин, её закалку и отпуск. Все эти операции хорошо известны и не вызвали бы никаких затруднений, если бы не некоторая особенность гофрированных пластин, а именно, высокая стабильность в размерах гофр (разница в высоте гофр допускается не более 0,02 ... 0,03 мм), хорошая плоскостность плоской части пластин, однородность механических свойств (твёрдости) по всей пластине, отсутствие окалины. При этом нужно помнить, что всё это должно быть выдержано и соблюдено на тонких (0,2 ... 0,3 мм) пластинах, которые при незначительных нагревах сразу же теряют свою правильную геометрическую форму. Поэтому традиционная технология, включающая штамповку в холодном или горячем состоянии, и предназначенная для получения гофр нужной геометрии, затем закалку (в воде или масле) и отпуск не может быть принята по нескольким причинам. Первая заключается в том, что при нагреве под закалку и в процессе закалочного охлаждения пластина и гофры потеряют ту форму, которая была задана пластине штамповкой. Во-вторых, отпуск уже не исправит потерянную форму. В-третьих, при нагреве под закалку и в процессе закалки на пластинах образуется слой окалины, удалить который будет очень сложно. Исходя из изложенного, необходимо принять меры для предотвращения, прежде всего, коробления пластин в процессе их обработки, как в штампе, так и при термической обработке.
Коробление тонких пластин в процессе термообработки можно избежать только одним способом - проводить закалку и отпуск в специальных штампах. Следовательно, операция штамповки должна быть совмещена с операцией закалки. Это возможно сделать только когда закалка будет производиться непосредственно плоскостями штампа, производящими формообразование. Из этого вытекает, что штамповка должна производится только в нагретом состоянии заготовки, причём температура её нагрева должна быть не ниже температуры аустенитизации материала заготовки. Теперь возникает вопрос о выборе способа нагрева заготовки под штамповку и закалку. Возможны три способа нагрева: печной, с помощью ТВЧ и электронагрев, то есть пропусканием тока через заготовку. Печной нагрев прост, не требует специального оборудования, но для рассматриваемой технологии не может быть принят. Дело в том, что после нагрева заготовку необходимо в течение буквально нескольких секунд (2 ... 3 сек) перенести из печи в полость штампа. Это объясняется тем, что тонкая заготовка остывает на воздухе слишком быстро и нужно успеть установить её в штамп до того, как в ней начнутся фазовые превращения. При ручной работе это сделать практически невозможно. Кроме того, нагрев в печи сопровождается окислением поверхности, для предотвращения которого необходима печь с контролируемой атмосферой. Таким образом, нагрев заготовок пластинчатых элементов в печи практически невозможен.
Нагрев пластин токами высокой частоты (ТВЧ) в принципе возможен, но так же обладает определёнными недостатками. Если заготовку нагревать вне штампа, то, как и в предыдущем случае нужно время для её переноса от индуктора к штампу, что так же мало возможно. Если же заготовку нагревать непосредственно в полости штампа, вводя в индуктор в рабочее пространство штампа, то после нагрева индуктор следует очень быстро удалять из зоны нагрева, для того, чтобы провести штамповку заготовки. Как видно, в этом случае необходимо штамп и установку ТВЧ размещать очень близко друг к другу и обеспечить целый ряд мероприятий для синхронизации работы штампа и установки ТВЧ. Таким образом, и этот путь нагрева тонких заготовок не является оптимальным.
Наиболее целесообразен в данном случае способ нагрева заготовок электросопротивлением, т.е. пропусканием тока большой силы через заготовку. Для этого можно использовать обычные сварочные трансформаторы переменного тока. При таком способе нагрева пластина устанавливается в полости штампа и закрепляется в зажимах, к которым подводится ток от трансформатора.
Методика проведения скоростной термической обработки сплава при исследовании
В настоящей работе электротермическая обработка сплава заключалась в скоростном электроконтактном нагреве ленточных образцов до температур однофазного состояния сплава (950...1280С), с изотермической выдержкой на конечной температуре нагрева или без таковой, и быстром охлаждении сплава до комнатной температуры.
Нагрев ленточного образца и его охлаждение производили на лабораторной установке контактного электронагрева, спроектированной и изготовленной на кафедре технологии конструкционных материалов и машиностроения Архангельского государственного технического университета. Установка (рис.2.1.) состоит из электроконтактного нагревательного устройства с защитной газовой камерой (1), блока управления (2), датчика обратной связи (4,7).
Электроконтактное нагревательное устройство предназначено для позиционного нагрева проходящим током ленточных образцов электропроводящих материалов. Оно состоит из рамы с установленными на ней двумя контактными зажимами. Один из зажимов закреплен на раме неподвижно, а второй - на шариковых направляющих. Перемещаясь по направляющим под действием возвратной пружины, он компенсирует температурное удлинение образца при нагреве. Величина растягивающего усилия пружины регулируется таким образом, чтобы напряжения в нагретом образце не превышали предела текучести сплава при температуре нагрева. Зажимы ориентированы так, что образец при закреплении в установке расположен "на ребро", т.е. длинная сторона его поперечного сечения располагается вертикально. Это позволяет получить при нагреве более равномерное температурное поле и уменьшить деформацию образца. Зажимы электрически связаны с силовой цепью нагревательного устройства, принципиальная электрическая схема которого показана на рис.2.2.
Скоростной нагрев образца на описываемой установке производят постоянным током, а для поддержания температуры во время изотермической выдержки и нагрева образца с малыми скоростями используется цепь переменного тока. При этом управление обеими цепями происходит с помощью тиристоров, что обеспечивает коммутацию необходимых для нагрева образца электрических мощностей с высокой оперативностью (паспортное время включения силового тиристора не превышает 270 микросекунд) и тем обеспечивает малые температурные погрешности при нагреве образцов.
Между зажимами на раме расположена защитная газовая камера, предназначенная для предохранения поверхности образца от окисления при его нагреве. Поскольку сплав 36НХТЮ весьма чувствителен при нагреве к воздействию кислорода [34], то его нагрев в ходе термической обработки производят в условиях, обеспечивающих защиту сплава от окалины: в вакууме, в расплавах солей или металлов и в среде защитных инертных газов. В настоящей установке применяли технически чистый аргон марки А, подавая его под избыточным давлением в защитную камеру через систему отверстий в стенках камеры.
В газовой защитной камере между электрозажимами расположен автоматический механизм привода охлаждающих медных губок. Клещевой механизм рычажного типа устроен так, что охлаждающие губки в нерабочем положении разведены вниз и в стороны, симметрично относительно образца, с одновременным разворотом рабочих плоскостей. Это облегчает контроль их состояния и значительно снижает их нагрев при нагреве образца. Рабочие поверхности губок прошлифованы и притерты с контролем плоскостностиГ Контроль состояния губок постоянно осуществляется в ходе работы на установке. При работе установки губки непрерывно охлаждаются водой, протекающей по их внутренним каналам. Губки закреплены на рычагах механизма охлаждения с помощью пружин, что позволяет губкам при срабатывании механизма легко устанавливаться на поверхностях образца и обеспечивает плотное и равномерное прилегание губок к образцу. Усилие пружин подобрано так, что исключается упругий отскок губок при срабатывании механизма охлаждения, обеспечивается плотное прилегание губок к образцу с ограниченным усилием, действующим на образец сот стороны привода, охлаждающих губок. Смыкание охлаждающих губок на образце происходит без перемещения образца из занимаемого им при нагреве положения, что позволяет сделать минимальной паузу между окончанием нагрева образца и началом его охлаждения губками, так как управляющий ф сигнал на отключение электронагрева формирует конечный выключатель, размыкаемый в момент сработки механизма охлаждения. Для увеличения динамики механизма охлаждения его привод выполнен короткоходовым электромагнитным, со значительным запасом по начальному статическому усилию (рис 2.3).
Влияние скоростной рекристаллизационной обработки на формирование структуры сплава при закалке и старении
Скоростной нагрев проходящим током проводили на ленточных образцах деформированного сплава (0,3 х 5 х 150 мм - рабочая часть составляла 100 мм) при условии трёх скоростей нагрева 3000, 1000 и 300С/с до температур 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1250С. Выбранный интервал температур охватывает область, прилегающую к границе растворимости (930С), а также и более высокие температуры, при которых с помощью высокой скорости нагрева и кратких выдержек можно оказывать влияние на кинетику рекристаллизационных процессов и, следовательно, на формирующуюся при этом структуру сплава. Все выбранные температуры превышают температуру начала рекристаллизации для условий обычного печного нагрева. Образцы охлаждались либо непосредственно после достижения конкретной температуры (далее эти режимы обозначены как выдержка), либо после соответствующей выдержки (3-12 с).
В совокупности было исследовано 36 вариантов обработки; все они представлены на рис. 3.2. Во всех случаях образцы после ЭТО ускоренно охлаждались между водоохлаждаемыми плитами, что обеспечивает скорость охлаждения 500С/с, т.е. близкую к скорости охлаждения в воде, применяемой при закалке сплава 36НХТЮ. Для сравнения была изучена структура и определены свойства на образцах после обычной печной закалки при 970С.
На первом этапе исследований с помощью измерения твёрдости сплава оценили температурно-временную область развития первичной рекристаллизации, ориентируясь при этом на значение твёрдости исходного деформированного сплава (330HV5) и уровень твёрдости (I6OHV5), полученный в результате проведения обычной закалки при 970С (нагрев в соляной ванне, охлаждение в воде). На рис. 3.3 приведено изменение твёрдости деформированного сплава в зависимости от температуры и длительности нагрева при рекристаллизационной обработке для каждой из исследуемых скоростей нагрева. Если судить по результатам измерения твёрдости, первичная рекристаллизация в условиях нагрева до 900С (Унагр=3000С/с), включая выдержку до 12 с, не развивается (см. рис. 3.3). Более того, наблюдается даже повышение твёрдости по сравнению с исходным уровнем для деформированного сплава, что может свидетельствовать о некотором его подстаривании в процессе выдержки при 900 С. Этот факт вполне объясним, если учесть, что нагрев при этом фактически осуществлялся в двухфазной области (на 30С ниже температуры, соответствующей границе предельной растворимости избыточной фазы для сплава 36НХТЮ). Именно эти выделившиеся частицы видимо и тормозят начало рекристаллизации сплава при ЭТО с нагревом до 900С.
Важнее в данном случае проанализировать сам характер зависимости твёрдости сплава 36НХТ, от режима рекристаллизационной обработки с нагревом до 900С. Можно видеть, что подстаривание сплава происходит не в процессе нагрева до 900С (при достижении этой температуры твёрдость сплава заметно снизилась, очевидно, вследствие протекания частичного возврата), а исключительно в процессе выдержки при этой температуре (см. рис. 4.3). Эти наблюдения позволяют сделать второй важный вывод: при использовании скорости нагрева 3000С/с удаётся предотвратить распад твёрдого раствора в деформированном сплаве непосредственно в процессе его нагрева до выбранных температур.
Интенсивное снижение твёрдости сплава 36НХТЮ по сравнению с наклепанным состоянием, а, следовательно, и протекание первичной рекристаллизации отмечено в условиях нагрева до 950С и более высоких температур, причём при всех исследованных скоростях нагрева (см. рис.3.3).
Анализ изохронных и изотермических зависимостей твёрдости" показывает, что процесс первичной рекристаллизации близок к завершению при нагреве до 1000С после выдержки 9 с, при нагреве до 1050С после выдержки 3-6 с, при нагреве до 1100С после выдержки 3 с, хотя при этом уровень твёрдости обычно закалённого сплава и не был достигнут. Микроструктурные исследования подтвердили сделанное заключение. На рис. 3.4 представлено изменение микроструктуры в процессе ЭТО сплава с нагревом до 1000С (VHarp=3000C/c). При достижении этой температуры (т = 0 с) в сплаве зафиксирована самая начальная стадия первичной рекристаллизации - появление мельчайших зародышей новых практически бездефектных зёрен на тройных стыках исходных деформированных зёрен. Объём рекристаллизованных областей в сплаве увеличивается по мере увеличения длительности выдержки и близок к 100% после выдержки 9 с. На рис. 3.5 для сравнения представлена микроструктура сплава после ЭТО с нагревом до 1050С (VHarp= 3000С/с). Можно отметить резкое ускорение процесса первичной рекристаллизации в этих условиях и его полное завершение после выдержки 6 с, что ведёт к формированию во всём объёме сплава однородной мелкозернистой структуры со средним размером зерна 3-5 мкм (это соответствует 13-14 номеру зерна по шкале ГОСТ). Возможно, именно вследствие формирования особомелкозернистой структуры в сплаве даже после завершения первичной рекристаллизации уровень твёрдости превышает значение твёрдости обычно закалённого сплава, в котором диаметр зерна находится как правило в пределах 20-30 мкм.
Оптимизация режима обработки на структурный возврат применением скоростной электротермической обработки
На первом этапе исследования для типичного исходного состояния сплава (предварительная деформация 60%) был уточнён режим предварительного старения. Как показывают микроструктурные исследования (рис. 4.1) практически полный прерывистый распад (98%) в деформированном сплаве обеспечивает старение при 680С потому, что для растворения образующихся более дисперсных, чем при 700С, стержнеобразных частиц / -фазы при последующей обработке на возврат потребуется меньшая выдержка, что в данном случае целесообразнее, т.к. можно получить меньший размер зерна.
Серия образцов после принятого режима предварительного старения при 680С, 6 ч была подвергнута обработке на возврат электроконтактным нагревом до температур 950, 1000, 1050, П00С (VHarp. =3000С/с). В ряде режимов образцы охлаждали сразу по достижении заданной температуры - в дальнейшем эта обработка обозначена как т=0. Исследованный интервал выдержек не превышал 9 с. Для сравнения нагрев до 1000С проводили и с меньшей скоростью: VHarp=300C/c. Схематично все исследованные режимы скоростной обработки на возврат с использованием электроконтактного нагрева приведены на рис. 4.2. Всего исследовали 18 режимов.
Растворение избыточной фазы, выделившейся при предварительном старении, практически завершается во всех случаях, кроме температуры 950С. Судя по значениям удельного электросопротивления, концентрация легирующих элементов в твёрдом растворе достигает максимума при 1000С за 6 с, при 1050С - за 3 с, при П00С - тотчас по достижении этой температуры (т=0). Такая высокая скорость растворения частиц очевидно объясняется их высокой дисперсностью, когерентностью с матрицей и отсутствием коагуляционных процессов непосредственно на стадии нагрева.
Важно, что скорость нагрева при этом не оказывается существенного влияния на кинетику процесса растворения частиц /-фазы (рис. 4.4).
Следует отметить, что во всех случаях по уровню удельного электросопротивления и твёрдости сплав после обработки на iвозврат вследствие недостаточной скорости охлаждения образцов между водоохлаждаемыми плитами, что ведёт к начальной стадии распада твёрдого раствора.
После скоростной обработки на возврат методом травления практически не удалось определить размер зерна в получаемой структуре пересыщенного твёрдого раствора и по этому признаку выявить лучший режим электронагрева для выполнения обработки на возврат. Оптимизацию
