Способ упрочнения металлических материалов

 

Изобретение относится к обработке металлических материалов давлением и может быть применено в металлообрабатывающей, а также в машиностроительной промышленности. Сущность: пластическую деформацию металлических материалов осуществляют одновременно с воздействием на них электростатическим полем. 3 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к обработке материалов пластическим деформированием, и может быть применено для упрочнения металлических изделий в металлообрабатывающей, а также в машиностроительной промышленности.

Известен способ по упрочнению металлических материалов, заключающийся в пластическом деформировании поверхностного слоя материала и формировании в нем остаточных напряжений сжатия, в результате чего изменяются макро- и микроструктуры, механические и физические свойства металлов (1).

Недостатком способа является малая прочность изделий.

Известен способ упрочнения металлических материалов, принятый за прототип, заключающийся в том, что металлические материалы подвергают пластической деформации, соответствующей величине напряжения в интервале от предела текучести до временного сопротивления разрушению (2).

Недостатком указанного способа является то, что повышение прочности металлического материала происходит без увеличения предела текучести и временного сопротивления разрушению, что ограничивает области использования этого материала, в связи с его недостаточно высокими прочностными характеристиками.

Целью предлагаемого изобретения является повышение прочности металлических материалов путем одновременного увеличения предела текучести и временного сопротивления разрушению.

Указанная цель достигается тем, что в способе упрочнения металлических материалов, заключающемся в том, что металлические материалы подвергают пластической деформации, соответствующей величине напряжения в интервале от предела текучести до временного сопротивления разрушению, пластическую деформацию осуществляют одновременно с воздействием на металлические материалы электростатического поля.

На фиг. 1 изображен общий вид образца с приспособлением для создания электростатического поля; на фиг. 2 - поперечный разрез приспособления; на фиг. 3 - кривые течения материалов при различных вариантах воздействия электростатического поля; кривая 1 - без воздействия электростатического поля; кривая 2 и 3 - различные варианты воздействия электростатического поля.

Способ осуществляется следующим образом. Металлические материалы в виде образца 1 помещают в приспособление 2 для создания электростатического поля. Приспособление 2 включает в себя токопроводящие пластины 3, а также диэлектрические, плотноприлегающие к образцу 1 с обеих сторон прокладки 4. При этом возможно подключение потенциала к образцу 1 и пластинам 3 по двум вариантам.

По первому варианту на образец подается положительный потенциал, а по второму - отрицательный.

Механическое воздействие на образец осуществляется приложением деформирующих нагрузок в виде растяжения или кручения одновременно с наложением электростатического поля. Пределы механических нагрузок и величины потенциала подбираются экспериментально в зависимости от вида материала изделий и их геометрических параметров. При пластическом деформировании металлических материалов в электростатическом поле происходит следующее: в тонком поверхностном слое материала толщиной в сотни ангстрем возникает противоположно направленное внешнему электрическое поле, создавая таким образом потенциальный барьер на поверхности и нулевое электрическое поле внутри материала. Это вызывает существенные изменения энергетических характеристик дислокационного движения в материале, создавая его упрочнение и формируя особые дислокационные накопления в тонком поверхностном слое. Упрочненный поверхностный слой, обладая особыми физико-механическими свойствами, упрочняет материал в целом.

Таким образом, упрочнение материала в образце происходит за счет того, что материал подвергают пластической деформации, соответствующей величине напряжения в интервале от предела текучести до временного сопротивления разрушению, одновременно воздействуя на образец электростатическим полем и достигая одновременного увеличения предела текучести и временного сопротивления разрушению. Кривая 1 (фиг.3) дает представление о пределе текучести G_т, и временном сопротивлении разрушению G_b, при скорости деформации V_тр=8 10^-3 мм/с при испытании образца из никеля толщиной 0,1 мм. Кривые 2 и 3 дают представление о пределах текучести и временного сопротивления разрушению с воздействием электростатического поля по двум вариантам. Кривая 2 изображает текучесть материала при приложении положительного потенциала, например, 600 В к образцу и отрицательного потенциала - к обкладке. Кривая 3 изображает текучесть материала при приложении отрицательного потенциала, например, -600 В к образцу и положительного потенциала к обкладке. Пределы механических нагрузок и величины потенциала Е, как было указано выше, подбираются экспериментально и определяются видом материала изделия и его геометрическими параметрами. Причем величина потенциала Е зависит от толщины прокладки (d) и разности потенциалов U, что следует из формулы E= [ВМ^-1] Технико-экономическая эффективность изобретения вытекает из положительного эффекта, а именно: повышение прочности металлических материалов существенно увеличивает ресурс эксплуатации изделий в различных отраслях промышленности.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, включающий пластическую деформацию, соответствующую величине напряжения в интервале от предела текучести до временного сопротивления разрушению, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности металлических материалов путем одновременного увеличения предела текучести и временного сопротивления разрушению, пластическую деформацию осуществляют одновременно с воздействием на металлические материалы электростатическим полем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3