Для виготовлення пружно-чуттєвих елементів радіоелектронної промисловості та приладобудування, наприклад, резонаторів електромеханічних фільтрів та струнних датчиків, в якості конструкційного матеріалу ши

Кучма Світлана Миколаївна
Стародубов Сергій Юрійович

Донбаський державний технічний університет (м. Алчевськ, Україна)

РОЛЬ ХОЛОНОГО ДЕФОРМУВАННЯ В ТЕХНОЛОГІЧНІЙ СХЕМІ ТЕРМОМЕХАНІЧНОЇ ОБРОБКИ ЕЛІНВАРІВ

Для виготовлення пружно-чуттєвих елементів в радіоелектронній промисловості та приладобудуванні, наприклад, резонаторів електромеханічних фільтрів та струнних датчиків, в якості конструкційного матеріалу широко використовуються дисперсійно-твердіючі елінвари. Типовими представниками цієї групи матеріалів є сплави 44НХМТ, 45НХТ та новрозроблений авторами сплав 45НХТВЮ.

В більшості випадків пружно-чуттєві елементи характеризуються мініатюрними розмірами і виготовляються з тонкого елінварного дроту або плющеної стрічки малого перерізу. З цього природним чином випливає вимога додержання жорсткого розмірного співвідношення між параметрами зеренної структури пружно-чуттєвого елементу (наприклад, дроту) та його лінійними габаритами. У випадку, коли величина зерна виявляється співмірною з перерізом дроту, в умовах високочастотного знакозмінного навантаження може відбуватися руйнування вже на початкових циклах. До того ж існують дані, що зеренна характеристика чинить суттєвий вплив на величину термопружного коефіцієнту, температурного коефіцієнту частоти та добротності [1].

Відомо, що необхідний комплекс термопружних властивостей зазначених матеріалів остаточно формується в процесі термомеханічної обробки (ТМО). На сьогодні промисловістю освоєно та запроваджено багато схем ТМО, з яких до елінварів найчастіше застосовуються наступні:

1) загартування + холодне деформування + старіння;

2) загартування + холодне деформування + ступінчасте старіння;

3) загартування + динамічне старіння;

4) загартування + динамічне старіння + достарювання.

Отже, в кожній з наведених схем присутня операція холодного деформування.

В наведених схемах ТМО холодне деформування перш за все забезпечує отримання необхідних поперечних розмірів заготованок. Водночас, холодне деформування загартованих елінварів перед старінням чинить сильний та неоднозначний вплив на механізм розпаду твердого розчину.

Аналіз літературних джерел дозволяє зробити висновок про те, що роль холодного деформування в схемі ТМО елінварів вивчена недостатньо. Тому дослідження операції холодного деформування в схемі ТМО має важливе і досить самостійне значення в загальному циклі вивчення технології дисперсійно-твердіючих елінварів, зокрема новорозробленого сплаву 45НХТВЮ.

Дослідження проводилися на зразках експериментальної плавки з концентрацією основних легувальних елементів: Ni = 45%;
Cr = 3,0%; Ti = 2,9%; Al = 0,8%; Wo = 2,5%; Re = 0,2%. За відомою технологією [2] були отримані зразки дроту різного діаметру. Зразки загартовувалися на твердий розчин від 1 100 °С. Дріт піддавався волочінню на термоволочільній установці [3] до діаметра 3,4 мм і мав деформацію: з Æ8,4 мм – e = 83%; з Æ6,0 мм – e = 68%; з Æ5,0 мм – e = 54%; з Æ4,5 мм – e = 43%.

Основною метою розвитку технології елінварів є забезпечення високого рівня спеціальних термопружних властивостей, а саме ТКЧ та добротності в широкому діапазоні експлуатаційних температур. Тому були проведені дослідження впливу ступенів холодної пластичної деформації на зазначені властивості розробленого сплаву. Характер зміни спеціальних термопружних властивостей залежно від ступеню деформування наведено на рисунках 1 та 2.

Отримані результати свідчать, що збільшення ступеню деформації спочатку призводить до деякого зниження добротності і при e = 54% вона досягає свого мінімуму. Подальше збільшення ступеню деформації викликає стале зростання добротності, Різниця між мінімальним та максимальним значенням добротності складає 25 000 одиниць.


Рисунок 1 – Залежність добротності сплаву 45НХТВЮ від ступеню деформування.	Рисунок 2 – Залежність ТКЧ сплаву 45НХТВЮ від ступеню деформування

Вплив ступеню деформації на величину ТКЧ є неоднозначним. Слід відзначити, що незалежно від ступеню деформації величини ТКЧ знаходяться переважно в області додатних значень. Мінімальна розбіжність між ТКЧ в експлуатаційному інтервалі температур –60…+25° С та ТКЧ в інтервалі температур +25…+85° С становить 7,4´10^–6° С^–1 і досягається при
e = 68%.

Крім того, результати досліджень структур показали, що після пластичного деформування зі ступенями обтискання 43% та менше, в сплаві зберігається практично рівновісна зеренна структура, деформація проявляється виникненням ліній ковзання всередині окремих зерен, які сприятливо орієнтовані відносно напряму деформування. Зі збільшенням ступеню деформування до 54% спостерігається подрібнення та деяке видовження зерен, а також подальший розвиток ліній ковзання.

При подальшому збільшенні ступенів деформування (68%) в структурі фіксуються границі з зубчастою будовою, яка нагадує класичну модель деформування за схемою «зсув в колоді карт». Це свідчить про накопичення дефектів кристалічної волокнистої будови. При цьому зерна сильно витягнуті в напрямку течії металу, містять багато ліній ковзання. Растрова мікроскопія фіксує найдрібніші комірчасті виділення всередині зерен, які можна ідентифікувати як зародки g`-фази приблизного складу Ni₃(Fe, Ti). Це можна вважати початком процесів утворення надлишкових фаз. Таким чином, деформація в межах e » 68% змінює механізм виділення g`-фази, що приводить до виникнення численних центрів переривчастого розпаду всередині зерен. Після деформування сплаву в межах 83% виявляється структура з виразною волокнистістю, що неминуче повинно супроводжуватися виникненням анізотропії та текстурою.

Також, проведеними дослідженнями встановлено, що в наклепаному сплаві просування фронту коміркового розпаду «вимітає» на своєму шляху дислокації в пересиченому твердому розчині, і, отже, до термодинамічного стимулу переривчастого розпаду, який полягає в різниці вільної енергії вихідної фази a_п, і суміші (a + b), додається нова складова, пов’язана зі зменшенням концентрації дислокацій. Але водночас наклеп сприяє безперервному розпаду по всьому об’єму вихідних зерен. Частинки, що утворилися внаслідок безперервного розпаду, гальмують просування границь комірок переривчастого розпаду. Таким чином, пластичне деформування після загартування здатне як прискорювати, так і утруднювати переривчастий розпад під час наступного старіння.

Отже, можна зробити висновок, що позитивний вплив холодного деформування в схемі ТМО на властивості елінварів пов’язаний з наступними чинниками:

1) подрібнення зерна;

2) зменшенням розміру комірок переривчастої реакції, збільшенням частки матеріалу, в якому відбулася переривчаста реакція та її зміцненням завдяки наклепу;

3) зростанням величини добротності сплаву при збільшенні ступеню деформації.

Водночас наклеп після холодного деформування знижує пластичність та підвищує твердість. Це утруднює подальшу обробку матеріалу. Але зазначені недоліки можна усунути наступним старінням за умови збереження дрібнозернистої структури, що в свою чергу вимагає визначення оптимальних режимів старіння.

Перелік посилань

1. Стрижак В.А. Оптимизация структуры и свойств крупносортного элинвара и поверхностного слоя резонатора – основа технологии серийного производства монолитных упругих чувствительных элементов ВЧ-датчиков. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Свердловск: 1988.

2. Кучма С.Н. Улучшение комплекса свойств элинварного сплава 44НХМТ методом комбинированной деформационно-термической обработки: Дис.: канд. тех. наук: 05.02.01: защищена 18.05.2010: утв. 10.10.2010 / Кучма Светлана Николаевна; ХНАДУ (ХАДИ). – Харьков, 2010.

3. Пат. 56892 Україна, МПК (2011.01) G21 D1/78 Установка для термомеханічної обробки / С.М. Кучма, С.Ю. Стародубов; заявник і патентовласник Донбас. державн. техн. ун-т. – № u201009891; заявл. 09.08.2010; опубл. 25.01.2011, Бюл. № 2. – 2 с., іл.