Равноканальное прессование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Равноканальное угловое прессование сокр., РКУП (англ. equal channel angular pressing) - метод интенсивной пластической деформации, при котором заготовка последовательно продавливается через несколько каналов одинакового поперечного сечения, пересекающихся под некоторым углом.

Разработка объемных (крупногабаритных) наноструктурных и ультрамелкокристаллических материалов в последние годы становится одной из важнейших задач современного материаловедения, поскольку это открывает возможности разработки технологий получения различных стальных полуфабрикатов в виде листов, прутков, проволоки и других металлоизделий, обладающих уникальными физико-механическими и эксплуатационными свойствами. В настоящее время достигнуты большие успехи в получении и исследовании материалов с ультрамелкозернистой (УМЗ) и нанокристаллической (НК) структурой, сформированной методами интенсивного пластического деформирования (ИПД). Нанокристаллическими материалами (или наноматериала-ми) принято называть материалы с размером зерна менее 100 нм, а ультрамелкозернистыми (или наноструктурированными) - до 1000 нм [1-4]. Одной из наиболее эффективных технологий деформационного получения объемных металлических материалов с размером зерна порядка сотен нанометров является технология равноканального углового прессования (РКУП).

Формирование УМЗ и НК структур методами ИПД оказывает значитель - - ное, а иногда коренное влияние на деформационное поведение и механические свойства металлов и сплавов, что позволяет считать ИПД весьма перспективным методом управления структурой и свойствами. Наибольший интерес к наноструктурированным материалам обусловлен не только их уникальными физико-химическим свойствами, но и весьма высокими механическими свойствами: прочностью, пластичностью, износостойкостью. В силу того, что НК и УМЗ материалы появились сравнительно недавно, их устойчивость к внешним воздействиям, в частности, к пластической деформации и нагреву изучено пока слабо. Еще недостаточно изучены процессы и способы обработки таких материалов.

В настоящий момент получение изделий из наноструктурированных материалов в объемах промышленного производства остается трудновыполнимой задачей. Использование конструкционных материалов в УМЗ и НК состоянии в металлургической отрасли ограничено слабым знанием их полного комплекса механических и эксплуатационных свойств. Исследований в этом направлении проведено недостаточно, особенно в области изучения формирования структуры и свойств промышленных сталей, как при РКУП, так и при последующем термическом и деформационном воздействии, в частности волочении. Практически нет данных о влиянии структуры, возникающей в ходе предварительной обработки стали перед РКУП.

В этой связи весьма актуальной является проблема использования сталей с УМЗ структурой, полученной методом РКУП, для повышения механических свойств холоднотянутых низко- и среднеуглеродистых сталей, поскольку в таких сталях получение одновременно высокой прочности в сочетании с высокой пластичностью традиционными методами упрочнения весьма затруднительно.

Научная новизна

С использованием математического моделирования проведено комплексное исследование влияния основных технологических параметров процесса РКУ-прессования на напряженно-деформированное состояние металла. Рассмотрена неустановившаяся стадия процесса РКУ-прессования. Показано, что в зависимости от геометрии канала и условий контактного трения происходит формирование переднего и заднего концов заготовки. Форма этих частей заготовки отличается от исходной, деформированное состояние не соответствует схеме простого сдвига, структура и свойства металла меняются по длине заготовки.

На основе построенного поля скоростей исследован характер течения металла в канале. Показано, что процесс РКУ-прессования всегда характеризуется неравномерным распределением скоростей течения металла по высоте очага деформации. В зависимости от геометрии канала в очаге деформации возможно образование зон как замедленного, так и ускоренного течения металла по сравнению с основным потоком, что является причиной возникновения неравномерности распределения деформаций сдвига по высоте заготовки. В указанном направлении происходит изменение структуры и свойств металла.

Дана количественная оценка влияния контактного трения на неравномерность распределения интенсивности деформаций сдвига. Показано, что в случае канала с углом пересечения -90 условия контактного трения могут стать определяющими с точки зрения возможности осуществления процесса РКУ-прессования.

Описание

Метод применяется для получения высокоплотных наноструктурированных материалов с высокой морфологической однородностью зерна из массивных пластически деформируемых заготовок. Сдвиговая деформация образца происходит при пересечении им области контакта между каналами (см. рис. 1). При неоднократном повторении процедуры РКУП происходит систематическое увеличение деформации, приводящее к последовательному уменьшению размера зерна за счет формирования сетки сначала малоугловых, а затем и высокоугловых границ. Эта особенность метода позволяет подвергать интенсивной пластической деформации не только пластичные, но и труднодеформируемые металлы и сплавы. Угол, под которым пересекаются каналы пресс-формы, имеет большое значение. РКУП может использоваться и для управления кристаллографической текстурой объемных конструкционных материалов.

Уменьшение до субмикронного размера зерна обрабатываемых металлов и сплавов может приводить к значительному улучшению их механических свойств, в частности, к повышению пределов прочности и текучести, а также к появлению у них способности к сверхпластическому деформированию, что представляет большой интерес для современной аэрокосмической промышленности.

Иллюстрации

равноканальный металл прессование сплав

TI Термическая стабильность структуры и свойств нано- и микрокристаллических металлов и сплавов, полученных методом РКУ-прессования

SO 6 Всероссийская конференция «Структура и свойства аустенитных сталей и сплавов», посвященная 100-летию со дня рождения К.А. Малышева: Тезисы докладов, Екатеринбург, 10-14 сент., 2001. Екатеринбург: Изд-во Ин-та физ. мет. УрО РАН. 2001, с. 40. Рус.

AB Приведены результаты экспериментальных исследований термостабильности структуры и механических свойств нано- и микрокристаллических (НМК) ГЦК металлов и сплавов, полученных с использованием многоциклового равноканального углового (РКУ) прессования. Экспериментально установлено, что при температурах, близких к температуре рекристаллизации, процессы роста зерен в НМК металлах и сплавах носят аномальный характер - на фоне достаточно стабильной НМК матрицы существенно укрупняются только отдельные зерна, объемная доля которых в процессе отжига увеличивается по экспоненциальному закону

ID 2003-07 MT01 БД ВИНИТИ

Анализ

1. РКУ.

2. Нано- и микрокристаллическая структура.

3. Н Д.

4. Н Д.

5. Экспериментально установлено, что при температурах, близких к температуре рекристаллизации, процессы роста зерен в НМК металлах и сплавах носят аномальный характер - на фоне достаточно стабильной НМК матрицы существенно укрупняются только отдельные зерна, объемная доля которых в процессе отжига увеличивается по экспоненциальному закону.

Размещено на Allbest.ru