Файл: Колпашников А.И. Гидропрессование металлов.pdf

сованием гидроэкструзпи тугоплавких металлов и спла­ вов имеет существенные преимущества.

Результаты испытаний гидропрессованного молибде­ нового сплава ВМ1 [110, с. 314—337] показывают, что при гидростатическом выдавливании существенно повы­ шается прочность сплава. Предел прочности с 80 кГ/мм2 для исходного горячепрессованного состояния повышает­

Фактически хрупкий исходный материал приобрел ту же вязкость, как пластичный алюминий.

Предел прочности исходного горячепрессованного мо­ дифицированного сплава ВМ1-АД с 75 кГ/мм2 повыша­ ется до 105 кГ/мм2 после гидроэкструзии со степенью де­ формации 80%- При этом относительное сужение с 32% для исходного материала после гидростатического прес­ сования повышается до 60%- Относительное удлинение практически не изменяется и остается на достаточно вы­

ры металла происходит существенное изменение свойств. Так происходит значительное разупрочнение сплава ВМ1-АД, но характер этого разупрочнения горячепрес­ сованного и гидроэкструдированного сплавов различный. У горячепрессованного материала пределы прочности и текучести непрерывно понижаются с повышением темпе­

прочностные характеристики не снижаются почти до

прессованного материала.

Существенно также то, что при отжиге гидропрессо­ ванные прутки сохраняют высокую пластичность в отли­ чие от горячепрессованных. Так, горячепрессованный

снижается до температуры отжига 1200° С, а затем на­ блюдается существенное ее повышение, особенно отно­ сительного сужения.

Такой характер зависимости пластических свойств от температуры отжига объясняется тем, что в модифициро­ ванном сплаве BMI при температурах 1200—1300° С од­ новременно с процессами рекристаллизации протекает процесс дисперсионного старения. Дисперсионное старе­ ние и сегрегация примесей внедрения к границам зерен

механических свойств молибденовых сплавов в деформи­ рованном и отожженном состояниях. Особенно важен тот факт, что гидроэкструдированные молибденовые сплавы сохраняют высокую пластичность после высоко­ температурного отжига.

Значительные качественные изменения в свойствах молибденовых материалов объясняют различием тонкой структуры горячепрессованных и гидропрессованных из­ делий [149]. На рис. 101 показана электронномикроскопическая структура исходного (горячепрессованного) сплава ВМ1. Четко видно беспорядочное расположение дислокаций в виде петель и сложных сплетений (клуб­ ков), возникших в процессе деформации. Средняя плот­ ность дислокаций составляет порядка 10ю на 1 см2.

Качественно иная картина наблюдается в структуре прутков, полученных гидропрессованием. На рис. 102 по­ казана электронномикроскопическая структура получен­ ных на просвет тонких пленок сплава ВМ1-АД после гид­ роэкструзии со степенью деформации 75%.

Из анализа приведенных снимков следует, что в гидроэкструдированном материале существенно уменьшает­ ся плотность дислокаций, устраняется их хаотическое

нагромождение. Под воздействием высокого гидростати­ ческого давления основная масса дислокаций выстраива­ ется в стенки, образуя блочную структуру. Образующие­ ся в этих условиях ячейки (блоки) почти свободны от дислокаций даже при высоких степенях деформации.

. Вдоль направления выдавливания ячейки имеют вы­ тянутую форму с ориентацией около некоторого преиму­ щественного направления.

В работе [149] электронографическими исследова­ ниями установлено, что между соседними ячейками су­ ществует значительная разориентировка (8—12 град.). При этом обнаружено, что ориентация ячеек, располо­ женных «через одну», совпадает, так что отдельные кри­ сталлы состоят из большого числа блоков с чередующей­ ся ориентацией. Степень разориеитировки возрастает с повышением степени деформации.

При отжиге деформированных материалов происходит существенная перестройка дислокационной структуры. Однако этот процесс в гидроэкструдированном и горячепрессоваипом материале протекает принципиально раз­ лично.

При отжиге гндроэкструдироваиного металла нерав­ ноосные вытянутые ячейки разбиваются на более равно­ осные блоки. В результате происходящей перестройки дислокационной структуры образуется исклочительно тонкая сильно разорнентироваиная ячеистая (блочная) структура.

При отжиге горячепрессованного материала наблю­ дается качественно иная картина: резко снижается плот­ ность дислокаций, они выстраиваются в стенки. Однако характерной для гидроэкструдированных материалов тонкой ячеистой структуры не наблюдается. В этом со­ стоит принципиальное различие структур гидроэкструдированного и горячепрессованного молибдена после высо­ котемпературного отжига.

Таким образом, электронномикроскопические иссле­ дования позволили не только установить некоторые де­ тали тонкой структуры молибдена, но и вскрыть качест­ венные различия в структурах гидроэкструдированных и горячепрессованиых материалов в деформированном и отожженном состояниях. Данные представляют значи­ тельный интерес для понимания механизма явлений и процессов, происходящих в металлах при деформации

в условиях высокого давления, они позволяют обеспечить указанное выше упрочняющее и пластифицирующее воздействие гидростатического высокого давления.

Так, на примере отожженного металлокерамического молибдена было установлено, что при структуре 100 зе-

Особый интерес представляет следующая группа ту­ гоплавких металлов: тантал, ниобий, вольфрам и хром. Поскольку у этих металлов объемноцентрнрованиая ку­ бическая решетка, их механические свойства имеют ряд особенностей, характерных для всех металлов с такой структурой. Одна из этих особенностей заключается в по­ тере ими пластичности в узком интервале температур. Температура перехода вязкого разрушения в хрупкое равна у тантала —196° С, ниобия — 200° С, у вольфрама +300° С и хрома +350° С. Температура перехода данно­ го металла из пластического состояния в хрупкое сущест­ венно зависит от примесей и характера напряженного состояния [152].

Температура перехода из пластического состояния в хрупкое понижается на 100—200° С после обработки ме­ таллов давлением при температуре несколько ниже тем­ пературы рекристаллизации.

Это обстоятельство связано с тем, что металл приоб­ ретает волокнистую структуру с благоприятным распо­ ложением выделений примесей. Пластичность металлов при низких температурах повышается также после холод­ ной деформации при температуре несколько выше темпе­ ратуры перехода. Так, хром и вольфрам, имеют высокую температуру перехода, поэтому наиболее желательна для них горячая деформация, при комнатной температуре они имеют низкую пластичность (б » 2 % ) . Ванадий, нио­ бий и тантал отличаются высокой пластичностью при комнатной температуре.

В технической литературе данных по гидропрессова­ нию рассматриваемых металлов мало. В табл. 33 приве­ дены некоторые данные по холодному гидропрессованию тугоплавких металлов [51].

Деформация пластичных тантала и ниобия, как

и ожидалось, не вызвала затруднений. В результате были получены качественные прутки.

Выдавливание заготовок из вольфрама и хрома при­ водило к получению изделий с развитой сеткой трещин. Это объясняется тем, что, несмотря на значительное гид­ ростатическое давление, доминирующим фактором была высокая температура перехода хрупкого разрушения в пластическое. В связи с этим перспективным может быть гндропрессоваиие с противодавлением или горячее гид­ ропрессование при температурах выше температуры пе­ рехода хрупкого разрушения в пластическое.

Обычно высокотемпературные сплавы на никелевой основе применяют для работы в пределах температур 480—980° С. Высокотемпературная прочность сплавов достигается за счет сложных легирующих добавок на­ ряду с соответствующей термообработкой.

Т а б л и ц а 33 Свойства прессованных прутков некоторых тугоплавких металлов

*Прутки неудовлетворительного качества.

Вработе [141] проведено исследование холодного выдавливания четырех жаропрочных сплавов на нике­ левой основе: Ииконель 718, Рене 41, Удимет 630 и Инко 713 LC (состав см. в табл. 21).

Как показано в табл. 34, прочность материалов су­ щественно увеличивается в результате только холодного гидропрессования со степенью деформации порядка 50%. Возрастание предела текучести и предела прочно­ сти во многом зависит от марки материала и режима об-

работки. Например, у сплава Репе 41 предел текучести возрастает более чем в 2 раза, а предел прочности — в 1,5 раза. Как и следовало ожидать, при степени обжа­ тия литого сплава Инкоиель 718 порядка 15% вместо 50% имеет место гораздо меньшее увеличение предела текучести и предела прочности.

Влияние повторного начального старения после вы­ давливания у различных материалов не одинаково. У сплавов Рене 41 и Инкоиель 718 было достигнуто дополнительное увеличение прочности, а у сплава Удимет 630 наблюдалось незначительное уменьшение прочности. Однако это подтверждает тот факт, что раз­ рушение, имеющее место без участка текучести, наступа­ ет в результате уменьшения пластичности после старе­ ния. Интересно отметить, что у сплава Инкоиель 718 бы­ ла получена наибольшая величина прочности в резуль­

Увеличение прочности материалов благодаря одному лишь выдавливанию явилось в основном результатом иагартовкп. Последующее увеличение прочности, которое наблюдалось у сплавов Репе 41 и Инкоиель 718 после старения, было результатом дальнейшего выделения уп­ рочняющей фазы (у'). Холодная пластическая деформа­ ция может благоприятно влиять на кинетику выделения или же видоизменять растворимость у'-фазы в матрице никеля.

Из данных табл. 34 видно, что в результате только холодного обжатия и при последующем старении имеет место значительная разница в пластичности материалов. Сплав Удимет 630 после холодной обработки полностью теряет свою пластичность. По-видимому, после после­ дующего старения этот сплав становится еще более хруп­ ким. У сплавов Рене 41 и Инкоиель 718 после 50%-ной холодной обработки еще сохраняется незначительная пластичность. Однако, несмотря па то что после после­ дующего старения предел прочности обоих сплавов уве­ личивается, сплав Рене 41 теряет всю оставшуюся пла­ стичность, тогда как пластичность сплава Инкоиель 718 незначительно увеличивается. При 15%-ном обжатии на­ блюдалось незначительное уменьшение пластичности сплава Инкоиель 718 по сравнению с 50%-ным обжати-