RU2219252C2 - Method of manufacturing article from ferrite-class damping alloy and article manufactured by this method - Google Patents
Method of manufacturing article from ferrite-class damping alloy and article manufactured by this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2219252C2 RU2219252C2 RU2001130436A RU2001130436A RU2219252C2 RU 2219252 C2 RU2219252 C2 RU 2219252C2 RU 2001130436 A RU2001130436 A RU 2001130436A RU 2001130436 A RU2001130436 A RU 2001130436A RU 2219252 C2 RU2219252 C2 RU 2219252C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- damping
- temperature
- product
- heating
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 71
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000013016 damping Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 38
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 51
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 10
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 9
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 5
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 2
- 238000010002 mechanical finishing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 229910020598 Co Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020630 Co Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002519 Co-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002440 Co–Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011814 protection agent Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к производству заготовок и изделий, в том числе прецизионных, из демпфирующих сплавов ферритного класса преимущественно на основе железа, предназначенных для виброактивных деталей, к которым предъявляют различные требования по совокупности виброакустических и механических характеристик, включая ударную вязкость и предел выносливости. The invention relates to the field of metallurgy and mechanical engineering, namely to the production of billets and products, including precision, from damping alloys of the ferritic class, mainly based on iron, intended for vibroactive parts, which have different requirements for the combination of vibro-acoustic and mechanical characteristics, including shock viscosity and fatigue limit.
В настоящей заявке под "прецизионными" понимаются такие изделия, которые наряду с высокой точностью геометрии имеют однородный химический состав, малое количество примесей и незначительный разброс концентрации легирующих элементов в объеме, однородную макро- и микроструктуру и равномерно распределенные внутренние напряжения для достижения высокого уровня и управляемости главным функциональным свойством - демпфирующей способностью. In this application, “precision” means such products that, along with high geometry accuracy, have a uniform chemical composition, a small amount of impurities and a small variation in the concentration of alloying elements in the volume, a homogeneous macro- and microstructure, and uniformly distributed internal stresses to achieve a high level and controllability the main functional property is damping ability.
Под сплавами ферритного класса или "ферромагнетиками" понимаются металлы (Fe, Ni, Со и т.п.) и сплавы на их основе с самопроизвольной намагниченностью, обладающие доменной структурой, способностью изменять форму и размеры под действием магнитного поля (магнитострикцией), равно как и наоборот - изменением намагниченности ферромагнитного тела при его деформации (магнитоупругим эффектом). Alloys of the ferrite class or “ferromagnets” are understood to mean metals (Fe, Ni, Co, etc.) and alloys based on them with spontaneous magnetization, having a domain structure, the ability to change shape and size under the influence of a magnetic field (magnetostriction), as well as and vice versa, by a change in the magnetization of a ferromagnetic body during its deformation (magnetoelastic effect).
Однако применение в качестве демпфирующих сплавов ферромагнетиков на основе Ni, Со и других элементов, как правило, экономически не целесообразно, если при этом не будет использовано еще другое функциональное свойство. Сплавы на основе железа значительно дешевле и не имеют остродефицитных составляющих или их содержание значительно меньше, чем у других ферромагнетиков. However, the use of ferromagnets based on Ni, Co, and other elements as damping alloys, as a rule, is not economically feasible unless another functional property is used. Iron-based alloys are much cheaper and do not have severely deficient components or their content is much lower than that of other ferromagnets.
Необходимость поиска новых решений в данной области техники особенно обострилась в связи с резким ужесточением нормативов по допустимым уровням виброакустической загрязненности. В первую очередь это касается транспорта, в т. ч. автомобильного, где вибрация и шум создаются многими источниками (двигатель, выхлопная и тормозная системы, трансмиссия и др.). The need to find new solutions in this technical field has become especially acute due to the sharp tightening of standards for permissible levels of vibroacoustic pollution. This primarily concerns vehicles, including automobiles, where vibration and noise are generated by many sources (engine, exhaust and brake systems, transmission, etc.).
Конструкторско-технологические варианты борьбы с вибрацией и шумом практически исчерпаны. Наиболее перспективным методом представляется широкое применение для такой цели конструкционных материалов нового типа, в частности сплавов высокого демпфирования и соответствующих технологий их получения и обработки. Design and technological options for dealing with vibration and noise are almost exhausted. The most promising method seems to be the widespread use for this purpose of structural materials of a new type, in particular, high damping alloys and the corresponding technologies for their preparation and processing.
Однако желаемый результат, особенно в случае циклически тяжелонагружаемых деталей, эксплуатируемых в климатических и агрессивных условиях, часто не достигается, т.к. при этом не обеспечивается требуемое сочетание повышенных значений вязкости, усталости, коррозионной стойкости и демпфирующей способности виброгасящего сплава. However, the desired result, especially in the case of cyclically heavily loaded parts operated in climatic and aggressive conditions, is often not achieved, because however, the required combination of increased values of viscosity, fatigue, corrosion resistance and damping ability of the vibration-absorbing alloy is not provided.
Известны различные способы изготовления деталей из демпфирующих сплавов, включающие формообразование заготовки путем пластической обработки и последующую термическую обработку изделия. Например, в соответствии со способом, описанным в а. с. СССР 1161573 из железохромистых сплавов, в частности из сплавов: 01Х5Ю2, 01Х10Ю2, 01Х16Ю2, 01Х25Ю2, формуют детали, а далее проводят следующие операции:
- нагрев до 950-1600oС и выдержку при этой температуре;
- охлаждение до комнатной температуры со скоростью более 1oС/с (>3600oС/ч);
- повторный нагрев до 950-1600oС;
- охлаждение деталей с печью до 600-800oС;
- изотермическая выдержка в течение 30-50 мин;
- охлаждение на воздухе.There are various methods of manufacturing parts from damping alloys, including the shaping of the workpiece by plastic processing and subsequent heat treatment of the product. For example, in accordance with the method described in a. from. The USSR 1161573 from iron-chromium alloys, in particular from alloys: 01Х5Ю2, 01Х10Ю2, 01Х16Ю2, 01Х25Ю2, form the parts, and then carry out the following operations:
- heating to 950-1600 o C and exposure at this temperature;
- cooling to room temperature at a speed of more than 1 o C / s (> 3600 o C / h);
- reheating to 950-1600 o C;
- cooling parts with a furnace to 600-800 o C;
- isothermal exposure for 30-50 minutes;
- air cooling.
Указанные режимы термообработки позволяют получить конечное изделие с пониженным уровнем звукоизлучения при эксплуатации в условиях ударного нагружения. Однако этот способ, в т.ч. из-за большой скорости охлаждения, сопровождающейся короблением, не обеспечивает изготовление высокоточных деталей с заранее заданным уровнем комплекса свойств, особенно требуемых для изделий с длительной эксплуатацией при знакопеременном нагружении. The indicated heat treatment modes make it possible to obtain a final product with a reduced level of sound emission during operation under shock loading conditions. However, this method, including due to the high cooling rate, accompanied by warping, it does not provide the manufacture of high-precision parts with a predetermined level of a set of properties, especially required for products with long-term operation under alternating loading.
Патент РФ 2158318 защищает технологию, использующую сплав высокого демпфирования на основе железа с регламентированным уровнем демпфирующих и механических свойств, и изделие, выполненное из него. Сплав согласно изобретению имеет следующий состав, мас.%:
Углерод - 0,010-0,035
Алюминий - 4,0-8,0
Марганец - 0,25-0,95
Титан - 0,01-0,55
Ниобий - 0,01-0,15
Медь - 0,01-0,20
Железо - Остальное
Суммарное содержание углерода и меди:
Σ(5С+1,5Сu) = 0,06-0,45%,
а Аl - Σ(Мо+Ti+Сu) = 3,5-6,5%
Изделия с высокими демпфирующими свойствами изготавливают из холоднокатаного листа, полученного по следующей технологической схеме: ковка на сутунку - горячая прокатка на листы толщиной 6,0 и 3,0 мм - термообработка - травление - холодная прокатка до требуемой толщины. Сформованное изделие подвергают термообработке в вакууме с выдержкой при температуре в диапазоне 820-1050oС и последующим медленным охлаждением.RF patent 2158318 protects a technology using an alloy of high damping based on iron with a regulated level of damping and mechanical properties, and an article made of it. The alloy according to the invention has the following composition, wt.%:
Carbon - 0.010-0.035
Aluminum - 4.0-8.0
Manganese - 0.25-0.95
Titanium - 0.01-0.55
Niobium - 0.01-0.15
Copper - 0.01-0.20
Iron - Else
Total carbon and copper content:
Σ (5C + 1.5Cu) = 0.06-0.45%,
and Al - Σ (Mo + Ti + Cu) = 3.5-6.5%
Products with high damping properties are made of cold-rolled sheet obtained according to the following technological scheme: forging on a flap - hot rolling on sheets with a thickness of 6.0 and 3.0 mm - heat treatment - etching - cold rolling to the required thickness. The molded product is subjected to heat treatment in vacuum with exposure at a temperature in the range of 820-1050 o C and subsequent slow cooling.
Изделие, выполненное согласно известному изобретению, имеет следующие свойства:
Логарифмический декремент колебаний δ, % - 15-30
Условный предел текучести σ0,2, МПа - 340-430
Временное сопротивление разрыву σв, МПа - 480-600
Относительное удлинение δ,% - 15-25
Дополнительные затруднения в промышленных условиях наряду с воспроизведением соотношения компонентов вызывают высокий уровень демпфирующей способности сплава при его механической обработке (резание), т.к. в этом случае требуются большие затраты энергии на преодоление высокого внутреннего трения сплава в таком состоянии.The product made according to the known invention has the following properties:
Logarithmic decrement of oscillations δ,% - 15-30
Conventional yield strength σ 0.2 , MPa - 340-430
Tensile strength σ in , MPa - 480-600
Relative elongation δ,% - 15-25
Additional difficulties in industrial conditions, along with reproducing the ratio of components, cause a high level of damping ability of the alloy during its machining (cutting), because in this case, a large expenditure of energy is required to overcome the high internal friction of the alloy in this state.
Вследствие этого точные детали по технологии, описанной в патенте 2158318, получить невозможно, а отсутствие в сплаве хрома и (или) никеля существенно сужает его применимость без использования специальных средств защиты от коррозии. As a result, it is impossible to obtain exact details according to the technology described in patent 2158318, and the absence of chromium and (or) nickel in the alloy significantly reduces its applicability without the use of special corrosion protection agents.
Согласно решению по Патенту США 4244754 для изготовления изделий используют сплав, содержащий 0,1-10,0 мас.% по меньшей мере одного элемента из группы, включающей W, Si, Ti, остальное Fe и целевые добавки в количестве 0,01-45,00 мас. % в виде по меньшей мере одного элемента из группы: Cr, Al, Sb, Nb, V, Та, Sn, Zn, Zr, Cd, Gd, Ga, P, Au, Ag, Ge, Sm, Se, Ce, La, Bi, Pt, Pd, Be, Mg, Re, Rh, Y, Pb, As, В, Eu и S. Способ изготовления изделий из указанного сплава включает следующие этапы:
- формование заготовки путем горячей пластической деформации;
- механическая обработка заготовки до получения изделия заданной геометрии;
- нагрев изделия до температуры выше 800oС, но не более температуры плавления, в течение времени 1 мин - 100 ч;
- охлаждение изделия со скоростью, выбранной из интервала 1oС/с - 1oС/ч.According to the decision of US Pat. No. 4,244,754, an alloy containing 0.1-10.0 wt.% Of at least one element from the group consisting of W, Si, Ti, the rest Fe and target additives in an amount of 0.01-45 , 00 wt. % in the form of at least one element from the group: Cr, Al, Sb, Nb, V, Ta, Sn, Zn, Zr, Cd, Gd, Ga, P, Au, Ag, Ge, Sm, Se, Ce, La , Bi, Pt, Pd, Be, Mg, Re, Rh, Y, Pb, As, B, Eu and S. A method of manufacturing products from the specified alloy includes the following steps:
- forming the workpiece by hot plastic deformation;
- machining the workpiece to obtain the product of a given geometry;
- heating the product to a temperature above 800 o C, but not more than the melting temperature, over a period of 1 minute - 100 hours;
- cooling the product at a speed selected from the interval 1 o C / s - 1 o C / h.
Готовое изделие имеет высокую демпфирующую способность. Однако на практике в случае необходимости дополнительной холодной обработки, например при изготовлении прецизионных изделий, особенно тонкостенных, демпфирующая способность резко снижается из-за наклепа. The finished product has a high damping ability. However, in practice, if additional cold working is necessary, for example, in the manufacture of precision products, especially thin-walled ones, the damping ability is sharply reduced due to hardening.
Существенным общим недостатком перечисленных способов, является получение низких значений ударной вязкости и малоцикловой усталости материала, а также сложная многооперационная технология приготовления и обработки сплава при изготовлении изделия с обеспечением высокой демпфирующей способности. A significant common drawback of these methods is to obtain low values of impact strength and low-cycle fatigue of the material, as well as a complex multi-operational technology for the preparation and processing of the alloy in the manufacture of the product with high damping ability.
Указанные недостатки частично преодолены решением, являющимся наиболее близким по технической сущности к заявляемому, описанным в Патенте РФ 1646297. These shortcomings are partially overcome by the solution, which is the closest in technical essence to the claimed one, described in RF Patent 1646297.
Известное решение включает горячую пластическую обработку демпфирующих сплавов на железной основе ферритного класса при температуре, на 10-250oС превышающей температуру Кюри (Тс), со степенью обжатия 25-95% для формования заготовки, механическую обработку под заданные размеры и термическую обработку полученного изделия при той же температуре (на 10-250oС превышающей температуру Кюри) с охлаждением со скоростью 10-100oС/ч до температуры Кюри, после чего охлаждают со скоростью, превышающей 100oС/ч. Для изготовления изделий в известном способе используют сплавы типа Fe-Cr (15%) - Al (1%). При реализации способа возможно использование сплава того же класса, защищенного Патентом РФ 1513939, имеющего следующий состав, мас.%:
Углерод - 0,005-0,015
Хром - 14,0-17,0
Алюминий - 0,5-2,5
Никель - 0,2-1,5
Молибден - 0,5-2,0
Ванадий - 0,08-0,50
Ниобий - 0,08-0,15
Церий - 0,005-0,060
Иттрий - 0,01-0,03
Железо - Остальное
При суммарном содержании алюминия, молибдена, ванадия, ниобия 1,5-3,5; отношении Al: (Mo+1,3V+l,6Nb)≤2, суммарном содержании элементов внедрения - углерода, кислорода, азота ≤0,02 и содержании углерода 0,005-0,015, азота 0,001-0,005, кислорода 0,001-0,006.The known solution includes hot plastic processing of iron-based damping alloys of the ferrite class at a temperature of 10-250 o With higher than the Curie temperature (T s ), with a compression ratio of 25-95% for forming the workpiece, machining for the given dimensions and heat treatment of the obtained products at the same temperature (10-250 o C higher than the Curie temperature) with cooling at a speed of 10-100 o C / h to the Curie temperature, and then cooled at a speed exceeding 100 o C / h For the manufacture of products in the known method using alloys of the type Fe-Cr (15%) - Al (1%). When implementing the method, it is possible to use an alloy of the same class protected by RF Patent 1513939, having the following composition, wt.%:
Carbon - 0.005-0.015
Chrome - 14.0-17.0
Aluminum - 0.5-2.5
Nickel - 0.2-1.5
Molybdenum - 0.5-2.0
Vanadium - 0.08-0.50
Niobium - 0.08-0.15
Cerium - 0.005-0.060
Yttrium - 0.01-0.03
Iron - Else
With a total content of aluminum, molybdenum, vanadium, niobium 1.5-3.5; the ratio of Al: (Mo + 1.3V + l, 6Nb) ≤2, the total content of interstitial elements is carbon, oxygen, nitrogen ≤0.02 and the carbon content is 0.005-0.015, nitrogen is 0.001-0.005, oxygen is 0.001-0.006.
При использовании известного способа часто удается обеспечить повышение малоцикловой усталости и ударной вязкости при сохранении высокой демпфирующей способности. Однако в пределах, заявленных в известных патентах ограничений, не представляется возможным избежать большого разброса по величине свойств, например временное сопротивление разрыву σв = 400÷550 МПа, относительное удлинение δ=15-35%; ударная вязкость KCU•102=1,5-23,7 кДж/м2; коэффициент затухания Q-1•103=14-50. Коэффициент затухания или обратная добротность авторами приняты в качестве меры демпфирующей способности. Аналогичная картина наблюдается с технологическими свойствами. Так способность к резанию в зависимости от предыдущей обработки может быть на уровне как обычного конструкционного, так и труднообрабатываемого материала. В последнем случае изготовление тонкостенной детали и прецизионного изделия практически становится невозможным или связано с чрезвычайными трудностями обработки, преодоление которых возможно только дорогостоящими специальными способами, такими как электрохимическая, электроэрозионная и т.п. обработки.When using the known method, it is often possible to provide an increase in low-cycle fatigue and toughness while maintaining high damping ability. However, within the limits stated in the known patents of the limitations, it is not possible to avoid a large variation in the value of the properties, for example, tensile strength σ in = 400 ÷ 550 MPa, elongation δ = 15-35%; impact strength KCU • 10 2 = 1.5-23.7 kJ / m 2 ; attenuation coefficient Q -1 • 10 3 = 14-50. The attenuation coefficient or reverse quality factor is taken by the authors as a measure of damping ability. A similar pattern is observed with technological properties. So the ability to cut, depending on the previous processing, can be at the level of both ordinary structural and difficult to process material. In the latter case, the manufacture of a thin-walled part and a precision product is practically impossible or is associated with extreme processing difficulties, which can be overcome only by expensive special methods, such as electrochemical, electroerosive, etc. processing.
При необходимости регламентирования значений комплекса свойств применительно к требованиям, предъявляемым к конкретным изделиям, возникают еще более серьезные проблемы технологического порядка, что приводит к непростому поиску оптимизированных режимов обработки, а иногда и состава сплава. Особенно это важно для сложных дорогостоящих прецизионных приборов (оптико-электронных, электротехнических и др.), систем управления, средств наведения нового поколения, работающих в условиях вибраций. Здесь первостепенное значение при удовлетворительном комплексе механических свойств имеет обеспечение максимально высокого уровня демпфирующей способности. При ее оценке пиковым коэффициентом затухания Qp -1•103, его величина должна быть не менее 20. Авторы считают, что в настоящее время данная характеристика наиболее объективно отражает сущность предлагаемого технического решения. В случае же интенсивного многоциклового нагружения, в т.ч. длительного знакопеременного и ударного, требуется, наоборот, максимально высокий уровень механических свойств при удовлетворительной демпфирующей способности. А иногда желательно, чтобы металл готового изделия имел повышенные значения всех рассматриваемых характеристик.If it is necessary to regulate the values of the set of properties in relation to the requirements for specific products, even more serious problems of the technological order arise, which leads to a difficult search for optimized processing conditions, and sometimes the composition of the alloy. This is especially important for complex and expensive precision instruments (optoelectronic, electrical, etc.), control systems, new generation guidance tools operating in vibration conditions. Here, of paramount importance with a satisfactory combination of mechanical properties is to ensure the highest level of damping ability. When assessed by the peak attenuation coefficient Q p -1 • 10 3 , its value should be at least 20. The authors believe that at present this characteristic most objectively reflects the essence of the proposed technical solution. In the case of intense multi-cycle loading, incl. long alternating and shock, it is required, on the contrary, the highest level of mechanical properties with satisfactory damping ability. And sometimes it is desirable that the metal of the finished product has increased values of all the considered characteristics.
Предлагаемое техническое решение позволяет реализовать любой из перечисленных вариантов регламентации свойств как на технологической стадии производства, так и на эксплуатационной стадии при хранении и работе изделия. The proposed technical solution allows you to implement any of the listed options for regulating properties both at the technological stage of production and at the operational stage during storage and operation of the product.
Задачей заявляемого изобретения является создание технологии изготовления деталей из демпфирующего сплава ферритного класса, обеспечивающей расширение диапазона использования таких изделий за счет варьирования комплексом свойств в зависимости от заданных условий эксплуатации, снижение трудозатрат и энергоемкости в процессе изготовления и разброса величин свойств материала в конечном изделии. The objective of the invention is the creation of a manufacturing technology of parts from a damping alloy of a ferrite class, providing an extension of the range of use of such products by varying the set of properties depending on the specified operating conditions, reducing labor costs and energy consumption in the manufacturing process and the spread of the properties of the material in the final product.
Технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления изделия из демпфирующего сплава ферритного класса, содержащего легирующие элементы Cr, Mo, W, Al, Ni, V, Nb, Ti, Mn, Si, Се, Y, Mg, включающем горячую пластическую деформацию для формирования заготовки, последующую механическую и термическую обработку с получением конечного изделия, в процессе изготовления изделия целенаправленно изменяют внутреннее трение демпфирующего сплава, об уровне внутреннего трения судят по демпфирующей способности, которую оценивают по величине коэффициента затухания, при этом горячую пластическую обработку осуществляют в условиях, обеспечивающих пиковое значение коэффициента затухания сплава в заготовке не более 7, а термическую обработку осуществляют в условиях, обеспечивающих пиковое значение коэффициента затухания сплава в конечном изделии более 3. The technical result is achieved due to the fact that in the method of manufacturing a product from a damping alloy of ferrite class containing alloying elements Cr, Mo, W, Al, Ni, V, Nb, Ti, Mn, Si, Ce, Y, Mg, including hot plastic deformation for the formation of the workpiece, subsequent mechanical and heat treatment to obtain the final product, during the manufacturing process of the product, the internal friction of the damping alloy is purposefully changed, the level of internal friction is judged by the damping ability, which is estimated by the value of the coefficient the attenuation factor, while hot plastic processing is carried out under conditions providing a peak value of the alloy attenuation coefficient in the workpiece of not more than 7, and heat treatment is carried out under conditions providing a peak value of the alloy attenuation coefficient in the final product of more than 3.
Конечное изделие характеризуется составом демпфирующего сплава и следующими свойствами:
Демпфирующая способность Qр -1•103 - ≥10
Относительное удлинение δ, % - ≥15
Временное сопротивление разрыву σв, МПа - ≥250
При использовании, в частности, сплава ферритного класса на основе железа состава, мас.%:
Хром - 13-25
Алюминий - 0,5-4,0
Молибден - Не более 5,0
Никель - Не более 2,5
Ванадий - Не более 2,0
Ниобий - Не более 1,0
Церий - Не более 0,1
Иттрий - Не более 0,05
Углерод - Не более 0,025
Азот - Не более 0,010
Кислород - Не более 0,010
Железо - Остальное
и суммарном количестве C+N+O≤0,03 мас.% горячую пластическую обработку осуществляют со степенью обжатия не менее 20% с нагревом до температуры, превышающей температуру Кюри Тc не менее чем на 100oС, и окончанием деформации при температуре, не более чем на 100oС превышающей температуру Кюри, а термическую обработку проводят с нагревом до температуры, превышающей температуру Кюри не более чем на 550oС, и последующим охлаждением сначала со скоростью не более 150oС/ч до температуры, превышающей температуру Кюри не более чем на 50oС, затем со скоростью, превышающей 150oС/ч, в течение не более 2 часов, после чего скорость не контролируют. Сплав горячедеформированной заготовки перед механической обработкой должен иметь Qр -1•103≤7.The final product is characterized by the composition of the damping alloy and the following properties:
Damping ability Q p -1 • 10 3 - ≥10
Elongation δ,% - ≥15
Tensile strength σ in , MPa - ≥250
When using, in particular, an alloy of ferritic class based on iron composition, wt.%:
Chrome - 13-25
Aluminum - 0.5-4.0
Molybdenum - Not more than 5.0
Nickel - No more than 2.5
Vanadium - Not more than 2.0
Niobium - Not more than 1.0
Cerium - Not more than 0.1
Yttrium - Not more than 0.05
Carbon - Not more than 0,025
Nitrogen - Not more than 0.010
Oxygen - Not more than 0.010
Iron - Else
and the total amount of C + N + O≤0.03 wt.% hot plastic processing is carried out with a compression ratio of at least 20% with heating to a temperature exceeding the Curie temperature T c not less than 100 o C, and the end of deformation at a temperature not more than 100 o С higher than the Curie temperature, and heat treatment is carried out with heating to a temperature exceeding the Curie temperature by no more than 550 o С, and then cooling first at a speed of not more than 150 o С / h to a temperature exceeding the Curie temperature not more than 50 o C, then at a rate exceeds an 150 o C / hr, for not more than 2 hours, after which the speed is not controlled. The alloy of the hot-deformed billet before machining should have Q p -1 • 10 3 ≤7.
Конечное изделие в этом случае характеризуется следующими признаками:
1) изготовлением из сплава состава, мас.%:
Хром - 13-25
Алюминий - 0,5-4,0
Молибден - Не более 5,0
Никель - Не более 2,5
Ванадий - Не более 2,0
Ниобий - Не более 1,0
Церий - Не более 0,1
Иттрий - Не более 0,05
Углерод - Не более 0,025
Азот - Не более 0,010
Кислород - Не более 0,010
Железо - Остальное
при содержании C+O+N не более 0,03 мас.%,
2) следующими свойствами:
Демпфирующая способность Qр -1•103 - ≥25
Относительное удлинение δ, % - ≥20
Временное сопротивление разрыву σв, МПа - ≥300
при использовании, в частности, сплава на железной основе состава, мас. %:
Хром - 13-20
Алюминий - 0,5-3,0
Молибден - Не более 5,0
Никель - Не более 2,5
Марганец - Не более 1,0
Ванадий - Не более 2,0
Ниобий - Не более 1,0
Кремний - Не более 1,0
Церий - Не более 0,1
Иттрий - Не более 0,05
Углерод - Не более 0,025
Азот - Не более 0,010
Кислород - Не более 0,010
Железо - Остальное
и суммарном количестве C+N+O не более 0,04,
горячую пластическую деформацию осуществляют со степенью обжатия не менее 30% с нагревом до температуры, превышающей температуру Кюри не более чем на 300oС, и окончанием деформации при температуре, не более чем на 50oС превышающей температуру Кюри, а термическую обработку проводят с температурой нагрева, превышающей температуру Кюри не более чем на 200oС, и последующим охлаждением сначала со скоростью не более 100oС/ч до температуры Кюри, затем со скоростью, превышающей 100oС/ч, в течение не более 3 часов, после чего скорость не контролируют.The final product in this case is characterized by the following features:
1) the manufacture of the alloy composition, wt.%:
Chrome - 13-25
Aluminum - 0.5-4.0
Molybdenum - Not more than 5.0
Nickel - No more than 2.5
Vanadium - Not more than 2.0
Niobium - Not more than 1.0
Cerium - Not more than 0.1
Yttrium - Not more than 0.05
Carbon - Not more than 0,025
Nitrogen - Not more than 0.010
Oxygen - Not more than 0.010
Iron - Else
when the content of C + O + N is not more than 0.03 wt.%,
2) the following properties:
Damping ability Q p -1 • 10 3 - ≥25
Elongation δ,% - ≥20
Tensile strength σ in , MPa - ≥300
when using, in particular, an iron-based alloy composition, wt. %:
Chrome - 13-20
Aluminum - 0.5-3.0
Molybdenum - Not more than 5.0
Nickel - No more than 2.5
Manganese - Not more than 1.0
Vanadium - Not more than 2.0
Niobium - Not more than 1.0
Silicon - Not more than 1.0
Cerium - Not more than 0.1
Yttrium - Not more than 0.05
Carbon - Not more than 0,025
Nitrogen - Not more than 0.010
Oxygen - Not more than 0.010
Iron - Else
and the total amount of C + N + O is not more than 0.04,
hot plastic deformation is carried out with a compression ratio of not less than 30% with heating to a temperature exceeding the Curie temperature by no more than 300 ° C and ending with deformation at a temperature of not more than 50 ° C higher than the Curie temperature, and heat treatment is carried out with a temperature heating, exceeding the Curie temperature by no more than 200 o C, and subsequent cooling, first at a speed of not more than 100 o C / h to the Curie temperature, then at a speed exceeding 100 o C / h, for no more than 3 hours, after which speed is not controlled.
Конечное изделие в этом случае характеризуется:
1) изготовлением из сплава состава, мас.%:
Хром - 13-20
Алюминий - 0,5-3,0
Молибден - Не более 3,0
Никель - Не более 1,5
Марганец - Не более 1,0
Ванадий - Не более 1,0
Ниобий - Не более 1,0
Кремний - Не более 1,0
Церий - Не более 0,1
Иттрий - Не более 0,1
Углерод - Не более 0,025
Азот - Не более 0,010
Кислород - Не более 0,010
Железо - Остальное
и суммарном содержании C+N+O не более 0,04,
2) следующими свойствами:
Демпфирующая способность Qр -1•103 - ≥15
Относительное удлинение δ, % - ≥20
Временное сопротивление разрыву σв, МПа - ≥350
Ударная вязкость КСU•102, кДж/м2 - ≥5,0
Для получения прецизионного изделия конечное изделие, полученное из демпфирующего сплава ферритного класса, содержащего легирующие элементы Cr, Мо, W, Al, Ni, V, Nb, Ti, Mn, Si, Се, Y, Mg, путем горячей пластической обработки для формирования заготовки и термической обработки с целенаправленным изменением внутреннего трения демпфирующего сплава, при котором горячую пластическую обработку осуществляют в условиях, обеспечивающих пиковое значение коэффициента затухания сплава в заготовке не более 7, а термическую обработку осуществляют в условиях, обеспечивающих пиковое значение коэффициента затухания сплава в изделии более 3, конечное изделие дополнительно подвергают чистовой механической обработке с последующей термической обработкой при температуре, превышающей не более чем на 100oС температуру Кюри, после чего изделие охлаждают.The final product in this case is characterized by:
1) the manufacture of the alloy composition, wt.%:
Chrome - 13-20
Aluminum - 0.5-3.0
Molybdenum - Not more than 3.0
Nickel - No more than 1.5
Manganese - Not more than 1.0
Vanadium - Not more than 1.0
Niobium - Not more than 1.0
Silicon - Not more than 1.0
Cerium - Not more than 0.1
Yttrium - Not more than 0.1
Carbon - Not more than 0,025
Nitrogen - Not more than 0.010
Oxygen - Not more than 0.010
Iron - Else
and the total content of C + N + O is not more than 0.04,
2) the following properties:
Damping ability Q p -1 • 10 3 - ≥15
Elongation δ,% - ≥20
Tensile strength σ in , MPa - ≥350
Impact strength КСU • 10 2 , kJ / m 2 - ≥5.0
To obtain a precision product, the final product obtained from a damping alloy of ferrite class containing alloying elements Cr, Mo, W, Al, Ni, V, Nb, Ti, Mn, Si, Ce, Y, Mg, by hot plastic processing to form a workpiece and heat treatment with a targeted change in the internal friction of the damping alloy, in which hot plastic processing is carried out under conditions providing a peak value of the attenuation coefficient of the alloy in the workpiece of not more than 7, and heat treatment is carried out under conditions both alloy ensures, peak value damping ratio in the product of more than 3, the final product is further subjected to finishing machining followed by heat treatment at a temperature exceeding by no more than 100 o C of the Curie temperature, whereupon the product is cooled.
Чистовую обработку осуществляют, например, шлифованием, полированием с предварительным шлифованием или другими подходящими способами. В результате такой обработки обеспечивается шероховатость Ra не более 2,5 мкм.Finishing is carried out, for example, by grinding, polishing with pre-grinding or other suitable methods. As a result of this treatment, a roughness R a of not more than 2.5 μm is ensured.
Предлагаемый способ изготовления изделия предусматривает такую последовательность операций и их режимы, при которых как на технологической, так и эксплуатационной стадиях достигается оптимальный результат с учетом использования сплава высокого демпфирования. The proposed method of manufacturing the product provides such a sequence of operations and their modes in which both the technological and operational stages achieve the optimal result, taking into account the use of high damping alloy.
Выбор состава сплава, получение заготовки и изготовление изделия осуществляют исходя из необходимости обеспечения технических требований, предъявляемых к конкретному изделию по геометрическим параметрам, технологическим и рабочим характеристикам. Это достигается за счет рационального изменения структуры и свойств, в первую очередь демпфирующей способности, по мере прохождения сплавом технологического цикла. The choice of the composition of the alloy, the preparation of the billet and the manufacture of the product is carried out on the basis of the need to ensure the technical requirements for a particular product in terms of geometric parameters, technological and operating characteristics. This is achieved due to a rational change in the structure and properties, primarily damping ability, as the alloy passes the technological cycle.
Авторами настоящего изобретения установлено, что существенное значение для обеспечения получения изделия из демпфирующего сплава с заданным комплексом свойств имеет величина внутреннего трения демпфирующего сплава, которая должна быть различной и целенаправленно противоположным образом изменяемой на разных стадиях процесса. Иначе говоря, если на технологической стадии обеспечивают минимальный коэффициент затухания Q-1 (обратная добротность), являющийся мерой демпфирующей способности и характеризующей уровень внутреннего трения, то в готовом изделии стремятся получить максимально возможную величину демпфирующей способности при заданных значениях механических свойств.The authors of the present invention found that the value of the internal friction of the damping alloy, which should be different and purposefully opposed in a different way at different stages of the process, is essential for providing a product from a damping alloy with a given set of properties. In other words, if at the technological stage they provide the minimum attenuation coefficient Q -1 (inverse quality factor), which is a measure of damping ability and characterizes the level of internal friction, then in the finished product they tend to get the maximum possible damping ability for given values of mechanical properties.
По мнению авторов наиболее целесообразно оценить величину демпфирующей способности по пиковому значению коэффициента затухания Qp -1•103.According to the authors, it is most advisable to estimate the damping capacity by the peak value of the attenuation coefficient Q p -1 • 10 3 .
Необходимо заметить, что в известных из уровня техники способах величину демпфирующей способности металла и соответственно пиковое значение коэффициента затухания Qp -1•103 на технологической стадии не учитывают и целенаправленно не изменяют.It should be noted that in the methods known from the prior art, the value of the damping ability of the metal and, accordingly, the peak value of the damping coefficient Q p -1 • 10 3 are not taken into account at the technological stage and are not purposefully changed.
Заготовка из сплава, имеющего пиковый коэффициент затухания Qp -1•103≥7, с трудом поддается механической обработке. При этом требуются повышенные усилия резания и энергозатраты, поверхность же деталей получается более шероховатой, а износостойкость инструмента оказывается пониженной по сравнению с аналогичными показателями обычных материалов одного уровня прочности. Указанные осложнения особенно трудно преодолимы в случае изготовления высокоточных и тонкостенных прецизионных изделий. Существенное значение такого условия для практики подтверждается иллюстрацией (см. чертеж), на которой представлены 2 образца, изготовленные из прутка ⌀16 мм демпфирующего сплава на основе железа. Один из образцов, имевший Qp -1•103=20 на технологической стадии, при механической обработке изогнулся и был забракован по геометрии. Другой с Qp -1•103≈1 на технологической стадии отвечает заданным требованиям.An alloy billet having a peak attenuation coefficient Q p -1 • 10 3 ≥7 is difficult to machine. At the same time, increased cutting forces and energy consumption are required, the surface of the parts is rougher, and the tool wear resistance is reduced compared to similar indicators of conventional materials of the same strength level. These complications are especially difficult to overcome in the case of manufacturing high-precision and thin-walled precision products. The essential significance of this condition for practice is confirmed by an illustration (see drawing), which shows 2 samples made of a ⌀16 mm bar of an iron-based damping alloy. One of the samples, which had Q p -1 • 10 3 = 20 at the technological stage, was bent during machining and was rejected in geometry. Another with Q p -1 • 10 3 ≈1 at the technological stage meets the specified requirements.
Помехозащищенность изделия, работающего в ударно- и циклически нагружаемых условиях, будет недостаточной при значении Qp -1•103≤3 материала. Как правило, уровни вибрации и шума здесь оказываются выше допустимых.The noise immunity of a product operating under shock and cyclically loaded conditions will be insufficient at a value of Q p -1 • 10 3 ≤3 material. As a rule, vibration and noise levels here are higher than permissible.
Обеспечение заданного значения уровня демпфирующей способности сплава в заготовке достигается горячей пластической деформацией, а в конечном изделии термической обработкой по заявленным режимам. Providing a given value of the level of damping ability of the alloy in the workpiece is achieved by hot plastic deformation, and in the final product by heat treatment according to the stated modes.
Легирование используемого сплава большинством из рассматриваемых легирующих элементов необходимо с целью получения разнообразия свойств, требуемых для различных виброактивных изделий с разными условиями эксплуатации. При этом металлические добавки (Cr, Mo, W, Al, Ni, V, Nb, Mn, Ti и Si) обеспечивают в основном прочностные характеристики, значения которых тем выше, чем больше содержание каждого элемента в отдельности или суммарное их содержание. Нижний предел величин добавок ограничивается из-за необходимости достижения требуемого уровня прочности, а верхний - недопущения хрупкости. The alloying of the alloy used by most of the alloying elements under consideration is necessary in order to obtain the variety of properties required for various vibroactive products with different operating conditions. At the same time, metal additives (Cr, Mo, W, Al, Ni, V, Nb, Mn, Ti and Si) provide mainly strength characteristics, the values of which are higher, the higher the content of each element individually or their total content. The lower limit of additives is limited due to the need to achieve the required level of strength, and the upper limit is to prevent brittleness.
Такой результат может быть достигнут различными сочетаниями добавок в зависимости от конкретных технологической целесообразности и организационно-экономических соображений. This result can be achieved by various combinations of additives depending on the specific technological feasibility and organizational and economic considerations.
Большинство легирующих элементов (Cr, Mo, W, A1, V, Nb, Ti, Si) выполняют роль стабилизатора α-фазы (феррита), т.е. способствуют получению сплава ферритного класса, а их содержание определяется необходимостью обеспечения заданного комплекса свойств применительно к конкретной задаче (изделию). Most alloying elements (Cr, Mo, W, A1, V, Nb, Ti, Si) play the role of a stabilizer of the α phase (ferrite), i.e. contribute to the production of an alloy of the ferritic class, and their content is determined by the need to ensure a given set of properties in relation to a specific task (product).
При необходимости иметь повышенное сопротивление ударному разрушению дополнительно вводят Ni и Мn. Они могут привести к созданию аустенитной фазы, которая допускается до 10 об.%. Никель позволяет также снизить порог хладноломкости. Ограничение верхнего уровня легирования γ-стабилизаторами (Мn, Ni) обусловлено тем, чтобы в готовом изделии сплав имел преимущественно структуру α-фазы с незначительным количеством других фаз в виде включений (интерметаллиды, карбиды, оксиды и т.п.), т.е. соответствовал по классификации ферромагнетикам, в которых сильно проявляется магнитомеханический механизм демпфирования. If necessary, to have increased resistance to impact destruction, Ni and Mn are additionally introduced. They can lead to the creation of an austenitic phase, which is allowed up to 10 vol.%. Nickel also reduces the cold brittleness threshold. The upper level of doping with γ-stabilizers (Mn, Ni) is limited due to the fact that the alloy in the finished product has a predominantly α-phase structure with a small number of other phases in the form of inclusions (intermetallic compounds, carbides, oxides, etc.), i.e. . according to the classification, ferromagnets, in which the magnetomechanical damping mechanism is strongly manifested.
Способ применим для изготовления изделий из ферромагнетиков не только на основе железа, но и на основе кобальта, никеля и др. элементов. The method is applicable for the manufacture of products from ferromagnets not only on the basis of iron, but also on the basis of cobalt, nickel and other elements.
Карбидообразующие и нитридообразующие (Mo, W, V, Nb), наряду с оксидообразующими (Al, Ti, Се, Y, Mg) введены для связывания элементов внедрения (С, N, О), т.е. выполняют рафинирующую роль. В очищенном от них феррите улучшается подвижность границ доменов, дислокаций и других структурно нестабильных образований, что облегчает условия проявления различных механизмов демпфирования. Кроме того, при этом достигается повышение пластичности, ударной вязкости, усталости сплава. Carbide-forming and nitride-forming (Mo, W, V, Nb), along with oxide-forming (Al, Ti, Ce, Y, Mg) are introduced to bind interstitial elements (C, N, O), i.e. perform a refining role. In the ferrite purified from them, the mobility of the boundaries of domains, dislocations, and other structurally unstable formations improves, which facilitates the conditions for the manifestation of various damping mechanisms. In addition, this increases the ductility, toughness, fatigue of the alloy.
Изделия, изготовленные по предложенному способу, отвечают заданным требованиям по геометрии и свойствам. Products made by the proposed method meet the specified requirements for geometry and properties.
Пример 1. Сплав, содержащий 18,0% хрома, 1,1% алюминия, 0,2% ниобия, 0,08% церия, 0,01% иттрия, 0,010% углерода, 0,005% азота, 0,006% кислорода, остальное железо и примеси, выплавлен в вакуумной индукционной печи. Слиток массой 25 кг подвергли сначала предварительному горячему деформированию при 1200oС для получения сутунки, а затем - при 1000oС (превышение температуры Кюри Тс на ~ 300oС) со степенью обжатия 25-30% и окончанием пластической обработки при температуре ~ 750oС (превышение температуры Кюри на ~50oС). Сплав в таком состоянии имел Qp -1•103=2-3. После механической обработки образцы изделий термически обработали в вакууме с нагревом до 1200oС (превышение температуры Кюри на ~500oС) и последующим охлаждением со скоростью 100oС/ч до температуры 725oС (Тс+25oС), затем со скоростью 200oС/ч в течение 3 часов, далее с неконтролируемой скоростью.Example 1. An alloy containing 18.0% chromium, 1.1% aluminum, 0.2% niobium, 0.08% cerium, 0.01% yttrium, 0.010% carbon, 0.005% nitrogen, 0.006% oxygen, the rest is iron and impurities smelted in a vacuum induction furnace. An ingot weighing 25 kg was first subjected to preliminary hot deformation at 1200 ° C to obtain a slurry, and then at 1000 ° C (Curie temperature T s exceeded by ~ 300 ° C) with a reduction ratio of 25-30% and the end of plastic processing at a temperature of ~ 750 o С (excess of Curie temperature by ~ 50 o С). The alloy in this state had Q p -1 • 10 3 = 2-3. After mechanical processing, product samples were heat-treated in vacuum with heating to 1200 o C (excess of the Curie temperature by ~ 500 o C) and subsequent cooling at a speed of 100 o C / h to a temperature of 725 o C (T s +25 o C), then at a speed of 200 o C / h for 3 hours, then at an uncontrolled speed.
Механические свойства определяли по стандартной методике на образцах Гагарина (ГОСТ 1497-84) и Менаже (ГОСТ 9454-78), а коэффициент затухания Q-1 - методом свободно затухающих крутильных колебаний на установке СПб Государственного университета. При этом возбуждение резонансных колебаний цилиндрического образца осуществляли электромагнитным способом. Затухающие механические колебания регистрировали механотронным датчиком. Двумя частотомерами и специальным делительным мостом фиксировали число колебаний N при уменьшении амплитуды в пределах от A1 до А2 и вычисляли коэффициент затухания, в том числе пиковый коэффициент затухания, по формуле
После вышеприведенной обработки предлагаемый сплав и изделия, выполненные из него, обладали следующим уровнем свойств:
Пиковый коэффициент затухания Qp -1•103 - 35-40
Относительное удлинение δ, % - 18-23
Временное сопротивление разрыву σв, МПа - 270-310
Пример 2. Сплав по составу и получению сутунки, как в примере 1, далее подвергли горячему деформированию при 850oС (превышение Тс на ~ 150oС), обеспечив при этом у сплава Qp -1•103=0,5-0,8. После механической обработки образцы и модели термически обработали в вакууме с нагревом до 720-750oС, выдержкой при этой температуре 1 ч и последующим охлаждением с выключенной вакуумной печью. Далее изделия были дополнительно механически обработаны (шлифованием) и повторно подвергнуты термообработке по режиму, указанному выше, а затем прошли испытания.The mechanical properties were determined according to the standard method on the samples of Gagarin (GOST 1497-84) and Menage (GOST 9454-78), and the damping coefficient Q -1 was determined by the method of freely damped torsional vibrations at the St. Petersburg State University installation. In this case, the resonance vibrations of the cylindrical sample were excited by the electromagnetic method. The damped mechanical vibrations were recorded by a mechatronic sensor. Two frequency meters and a special dividing bridge fixed the number of oscillations N with decreasing amplitude in the range from A 1 to A 2 and calculated the attenuation coefficient, including the peak attenuation coefficient, by the formula
After the above processing, the proposed alloy and products made from it, had the following level of properties:
Peak attenuation coefficient Q p -1 • 10 3 - 35-40
Relative elongation δ,% - 18-23
Tensile strength σ in , MPa - 270-310
Example 2. The alloy according to the composition and preparation of the slider, as in example 1, was further subjected to hot deformation at 850 ° C (exceeding T s by ~ 150 ° C), while ensuring that the alloy Q p -1 • 10 3 = 0.5 -0.8. After machining, the samples and models were heat-treated in vacuum with heating to 720-750 o C, holding at this temperature for 1 h and subsequent cooling with the vacuum oven turned off. Further, the products were additionally mechanically processed (by grinding) and re-subjected to heat treatment according to the regime indicated above, and then they were tested.
Сплав и изделия, выполненные из него по описанному выше способу, имели следующие свойства:
Коэффициент затухания Qp -1•103 - 15-20
Относительное удлинение δ, % - 35-40
Временное сопротивление разрыву σв, МПа - 400-450
Ударная вязкость KCU•102, кДж/м2 - >30,0
Шероховатость Rа, мкм - 0,049-0,081
Для ферромагнетиков на нежелезной основе заявленные параметры способа (Qp -1•103≤7 на технологической стадии и Qp -1•103≥3 в конечном изделии) также существенны, в частности для сплавов на основах Co-Ni (22,5 Ni; 1,8 Ti; 1,1 Zr; 0,4 Mn; 0,3 Fe; 0,2 Al; 0,2 Si; 0,02 C; Co - остальное или 35,0 Ni; 3,5 Ti; 1,5 Al; Co - остальное), Co-Fe (48,0 Fe; 1,5 V; Co - остальное) и Ni (2,0 Ti; Ni - остальное). Содержание легирующих элементов в мас.%.Alloy and products made from it according to the method described above had the following properties:
Attenuation coefficient Q p -1 • 10 3 - 15-20
Relative elongation δ,% - 35-40
Tensile strength σ in , MPa - 400-450
Impact strength KCU • 10 2 , kJ / m 2 -> 30,0
Roughness R a , microns - 0.049-0.081
For nonferrous ferromagnets, the claimed process parameters (Q p -1 • 10 3 ≤7 at the technological stage and Q p -1 • 10 3 ≥3 in the final product) are also significant, in particular for Co-Ni-based alloys (22, 5 Ni; 1.8 Ti; 1.1 Zr; 0.4 Mn; 0.3 Fe; 0.2 Al; 0.2 Si; 0.02 C; Co - the rest or 35.0 Ni; 3.5 Ti; 1.5 Al; Co - the rest), Co-Fe (48.0 Fe; 1.5 V; Co - the rest) and Ni (2.0 Ti; Ni - the rest). The content of alloying elements in wt.%.
Применение изделий или отдельных исполнительных элементов, изготовленных по предложенному способу, по сравнению с изготовленными по известным техническим решениям, позволяет:
- снизить уровни вибронапряженности, перегрузки и виброускорения, а также звукового давления;
- повысить виброустойчивость, ресурс, вибрационную надежность, акустическое совершенство системы при воздействии циклических и ударных нагрузок;
- изменить частоту собственных и резонансных колебаний;
- повысить производительность и экологию труда за счет снижения уровня шумовой загрязненности, улучшения обрабатываемости и технологичности производственного цикла;
- реализовать оригинальные и упрощенные варианты конструкторско-технологических решений в самых разнообразных объектах современной, особенно прецизионной, техники, в том числе двигателях, приборах, устройствах различного назначения, силовых и командных системах, транспорте и т.п.;
- снизить разброс свойств в сплаве конечного изделия;
- обеспечить стабильность структуры и комплекса свойств при длительной эксплуатации изделия.The use of products or individual actuators manufactured by the proposed method, compared with those manufactured by known technical solutions, allows you to:
- reduce the levels of vibration stress, overload and vibration acceleration, as well as sound pressure;
- increase vibration resistance, resource, vibrational reliability, acoustic perfection of the system when exposed to cyclic and shock loads;
- change the frequency of natural and resonant vibrations;
- to increase productivity and labor ecology by reducing the level of noise pollution, improving workability and manufacturability of the production cycle;
- implement original and simplified versions of design and technological solutions in a wide variety of modern facilities, especially precision, technology, including engines, devices, devices for various purposes, power and command systems, transport, etc .;
- reduce the dispersion of properties in the alloy of the final product;
- to ensure the stability of the structure and complex of properties during long-term operation of the product.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001130436A RU2219252C2 (en) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | Method of manufacturing article from ferrite-class damping alloy and article manufactured by this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001130436A RU2219252C2 (en) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | Method of manufacturing article from ferrite-class damping alloy and article manufactured by this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001130436A RU2001130436A (en) | 2003-07-20 |
| RU2219252C2 true RU2219252C2 (en) | 2003-12-20 |
Family
ID=32065645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001130436A RU2219252C2 (en) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | Method of manufacturing article from ferrite-class damping alloy and article manufactured by this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2219252C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2417271C1 (en) * | 2010-02-04 | 2011-04-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Alloy |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4244754A (en) * | 1975-07-05 | 1981-01-13 | The Foundation: The Research Institute Of Electric And Magnetic Alloys | Process for producing high damping capacity alloy and product |
| EP0495123A1 (en) * | 1990-08-04 | 1992-07-22 | Nkk Corporation | Damping alloy |
| EP0540792A1 (en) * | 1990-05-08 | 1993-05-12 | Kawasaki Steel Corporation | Steel having excellent vibration-damping properties and weldability |
| SU1646297A1 (en) * | 1988-07-29 | 1996-02-20 | Б.С. Крылов | Method for treating products from ferrite high-damping alloys |
| SU1513939A1 (en) * | 1987-09-18 | 1996-02-27 | В.И. Крахмалев | Damping corrosion-resistant alloy |
-
2001
- 2001-10-31 RU RU2001130436A patent/RU2219252C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4244754A (en) * | 1975-07-05 | 1981-01-13 | The Foundation: The Research Institute Of Electric And Magnetic Alloys | Process for producing high damping capacity alloy and product |
| SU1513939A1 (en) * | 1987-09-18 | 1996-02-27 | В.И. Крахмалев | Damping corrosion-resistant alloy |
| SU1646297A1 (en) * | 1988-07-29 | 1996-02-20 | Б.С. Крылов | Method for treating products from ferrite high-damping alloys |
| EP0540792A1 (en) * | 1990-05-08 | 1993-05-12 | Kawasaki Steel Corporation | Steel having excellent vibration-damping properties and weldability |
| EP0495123A1 (en) * | 1990-08-04 | 1992-07-22 | Nkk Corporation | Damping alloy |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2417271C1 (en) * | 2010-02-04 | 2011-04-27 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Some aspects of high manganese twinning-induced plasticity (TWIP) steel, a review | |
| Bramfitt | Structure/property relationships in irons and steels | |
| Simmons | Strain hardening and plastic flow properties of nitrogen-alloyed Fe-17Cr-(8–10) Mn-5Ni austenitic stainless steels | |
| JP5344454B2 (en) | Steel for warm working, warm working method using the steel, and steel and steel parts obtained thereby | |
| JP4205167B2 (en) | Induction-quenched trace alloy steel with high fatigue strength properties | |
| CN103429766B (en) | There is the bainitic steel of high strength and high-elongation and manufacture the method for described bainitic steel | |
| HK1205206A1 (en) | Hot work tool steel with outstanding toughness and thermal conductivity | |
| EP1396552B1 (en) | Double phase stainless steel strip for steel belt | |
| KR100682150B1 (en) | Steel wire for light foot spring, new wire for light foot spring and manufacturing method of light foot spring and light foot spring | |
| EP1352980A1 (en) | High silicon stainless | |
| JP4798461B2 (en) | Ultra high strength austenitic stainless steel | |
| JP2007162128A (en) | Case hardening steel having excellent forgeability and crystal grain-coarsening prevention property, its production method and carburized component | |
| JP4984272B2 (en) | Steel with excellent vibration damping performance, method for producing the same, and damping body including the steel | |
| JP3550132B2 (en) | Precipitation hardening type soft magnetic ferritic stainless steel | |
| Yirik et al. | Microstructural and mechanical properties of hot deformed AISI 4340 steel produced by powder metallurgy | |
| JP2617029B2 (en) | Corrosion resistant alloy, hot rolling roll, method for producing the same, and hot rolling mill | |
| JP5406686B2 (en) | Non-magnetic steel | |
| JP4210495B2 (en) | High-strength soft magnetic stainless steel and manufacturing method thereof | |
| WO2019142946A1 (en) | Bearing steel component, and steel bar for bearing steel component | |
| JP2012017484A (en) | Steel for bolt, bolt, and method for production of the bolt | |
| RU2219252C2 (en) | Method of manufacturing article from ferrite-class damping alloy and article manufactured by this method | |
| Yan | Study of Bauschinger effect in various spring steels | |
| WO1987004731A1 (en) | Corrosion resistant stainless steel alloys having intermediate strength and good machinability | |
| JP2007302937A (en) | Steel plate for quenched member, quenched member and method for producing the same | |
| JPH1180906A (en) | High strength stainless steel strip increased in yield stress, and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071101 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20091020 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121101 |