книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

Были определены предел упругости при комнатной температуре и при повышенной (до 400°С), модуль уп­ ругости, релаксация напряжений, циклическая релакса­ ция, внутреннее трение и демпфирующие свойства. По сочетанию свойств выбраны сплавы оптимального со­ става, которыми оказались: К.60Н35 (НИКО60) и К63Н32 (НИК063).

Дополнительное легирование сплава НИК063 нио­ бием (сплав НИК063Б) улучшает свойства сплава — повышает предел упругости, особенно после ТМО.

В табл. 20 приведены некоторые свойства сплавов НИК063 и НИКО60 после закалки и закалки с после­ дующей деформацией на 50%.

Изменения упругих свойств, электросопротивления и микротвердости ленты сплава НИК063 в зависимости от продолжительности отпуска после закалки и после за­ калки с последующей деформацией (обжатие 50%) для образцов различной толщины представлено на рис. 115.

Из данных рис. 115, в частности, следует, что образцы толщиной 0,15 мм имеют более высокие значения моду­ ля, предела упругости и твердости, чем образцы толщи­ ной 0,375 мм, что может быть объяснено различной сте­ пенью развития текстуры при деформации исходной ленты до различных толщин. Возможно, что в тонких образцах текстура развита сильнее, чем в более тол­ стых, о чем свидетельствует и большая величина модуля упругости в тонких образцах. Характерно, что большие значения предела упругости в тонких образцах сохра­ няются и после старения.

Из данных рис. 115,а следует, что процесс дисперси­ онного твердения в закаленных сплавах в результате старения при 650°С не завершается даже после выдерж­ ки в течение 10 ч.

Величина предела упругости резко возрастает при старении в течение первых двух часов и остается посто­ янной вплоть до выдержки 10 ч. Величина удельного электросопротивления в процессе старения непрерывно снижается. После термомеханической обработки (рис. 115,6) разупрочнение хотя и наблюдается уже пос­ ле выдержки при 650°С, 30 мин, однако даже после вы­ держки в течение 10 ч прочностные свойства сохраняют­ ся на достаточно высоком уровне. Отпуск сплава НИК063 при 650°С, 24 ч привел к снижению удельного

Рис. 115. Изменение свойств ленты из сплава НИКОбЗ после закалки с 1200°С и отпуска при 650°С (а) и после термомеханической обработки (б). Толщина ленты 0,375 (сплошные линии) и 0,150 мм (пунктирные)

электросопротивления до 0,29 ом-мм2/м, предел упруго­ сти (оо.ооб) при этом снизился до 560 Мн/м2 (56 кГ/мм2).

Термомеханическая обработка сплавов приводит к снижению уровня демпфирующих свойств (рис. 116). На рис. 116 это показано для сплавов НИКОбЗ (К63Н32ЮТ) и НИК063Б (К63Н31ЮБ) с 5,5% Nb после закалки и отпуска при 650°С и после термомеханической обработки. Особенно значительно снижаются демпфирующие свой­ ства сплава К62Н31ЮБ при ТМО в области низких ам­

плитуд напряжения. С увеличением амплитуды эта раз­ ница уменьшается, что находится в соответствии с маг­ нитомеханической природой демпфирования в данном сплаве.

А. В. Супов изучил свойства НИК063 при цикличес­ ком нагружении в зависимости от приложенных напря-

д-/0'г

6,М н!м г(кГ/ммг)

1 100(10) 200(20) 300(50) 400(40) 500(50) 000(60)

6,Мн/м2 кГ/ьшг)

Рис. 116. Амплитудная зависимость логарифмического де­ кремента колебаний сплава НИК063 (а) и сплава состава К62Н31ЮБ (б). Сплошные кривые — термомеханическая об­ работка; пунктирные — закалка и отпуск

жений, толщины образцов, состояния поверхности и тем­ пературы испытаний.

На рис. 117 .представлена зависимость циклической релаксации сплава от режимов упрочняющей обработки и толщины образцов. Сплав НИК063 обладает хорошей релаксационной стойкостью при циклическом нагруже­ нии. При нагружении до 5-Ю5 циклов, а в отдельных

случаях до ІО6 циклов суммарная остаточная деформа­ ция составила не более 2-10~3%.

У образцов, подвергнутых ТМО, абсолютные значе­ ния остаточной деформации в процессе релаксации ока­ зываются выше, чем после термической обработки (за­ калки и отпуска). Однако скорость накопления остаточ­ ной деформации в случае закалки и отпуска больше.

Участок стабилизации деформации после ТМО находит­ ся в пределах ІО2—-10s циклов нагружения. После опти­ мального режима ТМО (закалка с 1200°С и отпуск при 650°С, 6 ч) начало ускоренного нарастания деформации наблюдается при числе циклов, равном 105. Более тонкие образцы обнаружили большую релаксационную стой­ кость, что также объясняется влиянием текстуры.

Результаты испытания сплава НИК063 на статичес­ кую и циклическую релаксацию при различных напря­ жениях (образцы толщиной 0,375 мм) представлены на рис. 118. Величина начальных напряжений соответство­ вала пределу упругости (640 Мн/м2 (64 кГ/мм2)] и, кро­ ме того, была выше предела упругости Г72-5 Мн/м2 (72,5

кГ]мм2) ].

Показано, что скорость нарастания остаточной де­ формации и ее абсолютная величина после ТМО мень­

(65 кГ/мм2) на участке стабилизации величина остаточ­ ной деформации увеличивается от 1,4-10-3% при ІО3 циклов до 1,6-10_3 при ІО5 циклов.

У образцов, подвергнутых ТМО, абсолютные значе­ ния остаточной деформации существенно ниже и состав­ ляют 1,06-10-3 и 1,12-10-3 % при числе циклов нагруже­ ния ІО3 и ІО5 соответственно. Разрушение образцов при циклическом нагружении после закалки и отпуска проис­ ходило при 6 -ІО5 циклов, а суммарная остаточная де-

Рис. 118. Релаксация напряжений сплава НИК063 при цикли­ ческом и статическом нагружении в зависимости от режимов термической обработки и начального напряжения (толщина образцов 0,375 мм), Мн/м2 (кГ/мм2):

1—725 (72,5); 2—725 (72,5); 3-650 (65); 4—625 (62,5); 5—545 (54,5).

650°С, 2 ч. В скобках на шкале указано время пребывания об­ разцов под нагрузкой

формация при этом составляла 3-10-3 %. Образцы, под­ вергнутые ТМО, разрушались после 6,3-ІО5 циклов, при­ чем суммарная остаточная деформация не превышала 1,7-10~3%. Высокое сопротивление накоплению ос­ таточной деформации в последнем случае А. В. Супов объясняет большей стабильностью субструктуры, полу­ ченной в результате ТМО и закрепленной в процессе ди­ сперсионного твердения частицами выделившихся упроч­ няющих фаз.

Свойства сплава НИК063 при циклическом нагру-

жении существенно улучшаются в результате поверх­ ностной обработки. Если методом электрохимического полирования снять слой металла толщиной 10—15 мкм на сторону, то величина остаточной деформации при цик­ лическом нагружении снижается и увеличивается число циклов до разрушения. Так у сплава НИК063 после электрохимической полировки абсолютная величина на­ копленной деформации была н а30% меньше,чемуспла-

Рис. 119. Влияние температуры испытаний при 20 (сплошные линии) и

деформации образцов, но значительно уменьшает число циклов до разрушения как после термической, так и по­ сле ТМО.

Так, для сплава после закалки и отпуска повышение температуры испытания до 150°С снижает число циклов до разрушения с 6 -ІО5 до 3■ ІО5, а для сплава, подверг­ нутого ТМО, соответственно с 2 -10е до 7-105 (рис. 119).

е. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПЛАВОВ ТИПА НИКО

выплавку высокодемпфирующих сплавов системы Со — Ni (НИК063 и др.) следует проводить в индукци­ онной печи с магнезитовым тиглем в атмосфере аргона. Перед загрузкой в тигель кобальт и никель должны по­ догреваться до 400—500°С, алюминий и титан, загружа­ емые в расплавленный сплав, подогреваются до 200— 300О|С. Сплав следует разливать в подогретую до 500— 600°С форму (кокиль).

В качестве шихты необходимо применять чистые ис­ ходные материалы: кобальт КО или К1 ('по ГОСТ 123— 67), никель электролитический марки Н1 (по ГОСТ 849— 70), титан иодидный (по ТУ 35-452-63), алюминий А1.

После удаления литниковой чаши слитки или отливки должны гомогенизироваться при 1000—1050°С в течение 10 ч для выравнивания структуры.

Ковку сплава следует производить в температурном интервале 1200—900°С с промежуточными подогревами.

сравнения приведем глубину выдавливания для различ­ ных сплавов:

* Данные получены экспериментально и превышают мини­ мальные, оговоренные ГОСТом.

Благодаря высокой пластичности сплав хорошо про­ катывается в холодном состоянии с большой степенью обжатия.

Рекомендуемая степень деформации при прокатке составляет 30%. Однако при толщине материала 5 мм и менее оказалось возхможным прокатать ленту с обжа­ тием 70—90% без промежуточной смягчающей термиче­ ской обработки. Этой смягчающей обработкой может быть закалка в воде после нагрева в соляной ванне или в другой безокисляющей среде до 950°С. В закаленном состоянии лента сплава хорошо штампуется, выдавлива­ ется и т. д., что позволяет изготавливать из нее детали весьма сложного профиля.

однородной структуры. Только после ковки при повы­ шенной температуре, когда резко ускоряются диффузи­ онные процессы, сплав становится более однородным.

На рис. 120, г — е показана структура сплава -после закалки и отпуска при увеличении в 500 и 200.0 раз. Ис­ следования структуры сплава после закалки и старения показали, что в процессе старения по границам зерен наблюдаются темные выделения, представляющие собой

распада, особенно в районе -границ зерен, где скорость диффузии, как известно, выше, чем в объеме зерен.

На рис. 120 также приведена микроструктура ленты толщиной 0,3 мм и этого же сплава после окончательной