Предельные деформации волочения при производстве длинномерных сверхпроводниковых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Предельные деформации волочения при производстве длинномерных сверхпроводниковых материалов

Колмогоров Г.Л.

Производство качественной и конкурентоспособной продукции, соответствующей по технико-экономическим показателям лучшим мировым образцам - важнейшая задача промышленных предприятий. Значительная роль в решении этой задачи отводится разработке и внедрению высокоэффективных технологических процессов.

Технология получения сверхпроводников включает получение литой заготовки, прессование и волочение на конечный размер с промежуточными отжигами. Операция волочения является одной из самых продолжительных и ответственных в технологической цепочке изготовления сверхпроводников и в значительной степени определяет качество готовой продукции.

Процесс волочения является одним из наиболее высокопроизводительных и прогрессивных способов обработки металлов давлением. Наиболее распространенным критерием надежности и эффективности процесса волочения является интегральная характеристика - усилие волочения или напряжение волочения , где - площадь поперечного сечения протягиваемого изделия на выходе из волоки. Достижение минимального значения является основной задачей при проектировании оптимальных маршрутов волочения.

Технические сверхпроводники должны обладать высокими критическими параметрами - температурой, магнитным полем, токонесущей способностью, а также заданными механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью, устойчивостью к циклическому изменению температур и напряжений, к облучению и другим воздействиям.

При волочении пластическая деформация характеризуется коэффициентом вытяжки, который для произвольного i-того перехода имеет следующий вид:

i = Fi-1 / Fi = di-12 / di2 , (1)

где Fi-1 и Fi - площади сечения до и после перехода;

di-1 - диаметр заготовки до входа в волочильный инструмент;

di - диаметр заготовки на выходе из инструмента.

Соотношения площадей исходной сверхпроводниковой заготовки F0 и готового сверхпроводника сечением Fk при этом определяются через коэффициенты вытяжки по отдельным переходам соотношением

F0 / Fk = 1 · · … ·n, (2)

где n - общее количество переходов при волочении.

Для оценки трудоемкости изготовления сверхпроводниковых изделий целесообразно введение усредненного по всему технологическому циклу коэффициента вытяжки ср. Тогда из соотношения (2) для усредненного коэффициента вытяжки имеем

F0 / Fk = срn. (3)

Прологарифмировав левую и правую части соотношения (3), получим количество переходов многократного волочения, необходимое для производства того или иного сверхпроводникового изделия

n = 2 * ln(d0 / dk) / lnср, (4)

где d0,, dk - диаметры сверхпроводниковой заготовки и готового сверхпроводника соответственно.

Вытяжка за проход при волочении определяется прочностью переднего конца заготовки, к которому приложено усилие волочения. Усилие волочения при этом определяется геометрией волочильного инструмента, сопротивлением деформации протягиваемого материала, коэффициентом трения в зоне деформации, наличием противонатяжения в процессе волочения.

Расчет по формуле (4) количества переходов многократного волочения при изготовлении композиционного сверхпроводника на основе ниобия и оловянной бронзы в медной оболочке с диффузионным Nb, Ta-барьером диаметром 0,7 мм показал необходимость 64 переходов волочения, соответственно для композиционного сверхпроводника из сплава ниобий-титан в медной матрице диаметром 0,5мм - 71 перехода многократного волочения.

Оптимизация маршрутов волочения позволяет решить следующие важнейшие задачи:

уменьшить число переходов маршрута;

снизить обрывность при волочении длинномерных заготовок;

повысить качество поверхности заготовок;

снизить износ волочильного инструмента.

Реализация технологии волочения сверхпроводящей композитной заготовки требует знания температурных условий деформирования. При многократном волочении температура заготовки изменяется за счет деформационного разогрева в каждом проходе и определяется условиями охлаждения между проходами. Знание температурного режима необходимо для оценки термоупругого состояния многокомпонентной заготовки, предотвращения возможного отслоения оболочки от сердечника.

Для определения разогрева металла проволоки при деформации необходимо определить работу, затраченную на деформацию, в виде

, (5)

где - сопротивление деформации, зависящее в общем случае от степени деформации.

Если принять, что вся работа пластической деформации переходит в тепло, то повышение температуры для единицы объема материального элемента в течение адиабатного процесса деформирования определится уравнением

, (6)

где с - удельная теплоемкость протягиваемого металла; - плотность металла.

На рис. 1 приведены результаты расчета деформационного разогрева при волочении с вытяжкой волокон композиционной заготовки для различных значений усредненного по очагу деформации и углов наклона образующей волочильного инструмента = 6,8,10.

а б

в г

Рис. 1. Деформационный разогрев: 1 - = 6є; 2 - 8є;3 - 10є,

При повышении температуры за счет деформационного разогрева происходит термоупругая деформация компонентов композитной заготовки, при этом увеличение радиуса сердечника составит

сверхпроводниковый ниобий композитная заготовка

, (7)

где - коэффициент линейного термического расширения материала сердечника; - деформационный разогрев материала сердечника.

Увеличение внутреннего радиуса оболочки при этом будет равно

, (8)

где - коэффициент линейного термического расширения материала

оболочки; - деформационный разогрев материала оболочки.

Условие сохранения сплошности композитной заготовки вследствие деформационного разогрева при волочении будет иметь вид

? . (9)

С учетом соотношений (7), (8) и условие (9) примет следующий вид

. (10)

Условие (10) следует трактовать как критерий сохранения последеформационной сплошности сверхпроводниковой биметаллической заготовки.

Таким образом, разработаны основы технологии волочения для производства длинномерных сверхпроводниковых изделий, предназначенных для использования в магнитной системе Международного Термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР).

Литература

1. В.В. Шмидт. Введение в физику сверхпроводников - М.: Наука, Главная редакция физико- математической литературы, 1982. - 240с.

2. И.Л. Перлин, М.З. Ерманок. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971, 447с.

3.Г.Л.Колмогоров. Гидродинамическая смазка при обработке металлов давлением. - М.: Металлургия, 1986, 168с.

Размещено на Allbest.ru