Исследование влияния сдвиговых деформаций на структуру и механические характеристики пресс-изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование влияния сдвиговых деформаций на структуру и механические характеристики пресс-изделий

Еремеев В.В., Евсеев П.С., Еремеев Н.В.

Аннотация

УДК: 669.02.09

Исследование влияния сдвиговых деформаций на структуру и механические характеристики пресс-изделий

Еремеев В.В.¹, к.т.н.; Евсеев П.С.¹, к.т.н.; Еремеев Н.В.¹, к.т.н.

labomd@mail.ru; pavel338@yandex.ru; dragondrugs@gmail.com.

¹ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)".

Исследовалось влияние сдвиговых деформаций на механические свойства и структуру пресс-изделия из алюминиевого сплава. На основании теоретических и экспериментальных данных разработан технологический процесс прессования цельного профиля круглого сечения, основанный на использовании дополнительных сдвиговых деформаций, позволяющих получать изделия с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

Ключевые слова: алюминиевый сплав, пресс-изделие, сдвиговая деформация, мелкозеренная структура, коническая матрица, винтовая матрица.

Abstract

Eremeev Vladimir Victorovich; Evseev Pavel Sergeevich; Eremeev Nikolay Vladimirovich.

Influence of shift deformations on mechanical properties and structure of a press product from an aluminum alloy was investigated. On the basis of theoretical and experimental data the technological process of pressing of an integral profile of round section based on use of the additional shift deformations allowing to receive products with the required operational characteristics is developed.

Keywords: aluminum alloy, press product, shift deformation, fine grain structure, cone matrix, screw matrix.

Введение

Применяемые в настоящее время традиционные алюминиевые сплавы почти полностью исчерпали свой ресурс и не способны удовлетворять требованиям, предъявляемым при производстве новых образцов техники. Возможности современной металлургической промышленности позволяют значительно расширить границы использования алюминия, создавая на его основе сплавы с повышенными характеристиками прочности, жаропрочности, сопротивляемости усталостным напряжениям и т.п. В то же время, следует учитывать, что повышение уровня свойств алюминиевых сплавов только за счет их простого легирования и термической обработки довольно ограничено. Поэтому дальнейшее улучшение свойств алюминиевых сплавов связано с разработкой новых методов, обеспечивающих модифицирование их зеренной структуры.

Одним из известных условий модифицирования структуры металлических материалов является их интенсивная пластическая деформация, приводящая к измельчению зеренной структуры сплавов до размеров в нанометрическом диапазоне.

Механизм деформирования с использованием сжимающего гидростатического давления и деформаций сдвига позволяет активизировать процессы, протекающие в твердой фазе. Сдвиговые деформации благоприятно влияют и на снижение анизотропии свойств обрабатываемого материала. Это объясняет тенденцию к широкому использованию деформаций сдвига в различных процессах обработки металлов давлением [1, 2]. Один из способов, в котором относительно несложно реализовать данный механизм деформации, является прессование. При прессовании возможно создать такие условия, при которых, возникающее в заготовке деформированное состояние будет приближаться к состоянию "чистый сдвиг". Это позволит существенно повысить комплекс механических характеристик прессуемого материала.

Материалы и методы

В отечественной и зарубежной практике насчитывается немалое количество технологических процессов с применением сдвиговых деформаций [3-8]. В тоже время, подобные технологии не получили столь широкого применения в связи с их значительной сложностью и трудоемкостью в исполнении, а также необходимостью использования специализированного оборудования и оснастки.

Отличительным достоинством разработанного технологического процесса прессования [9] является возможность управления сдвиговыми деформациями в прессуемом материале и гарантированное получение пресс-изделий с необходимой структурой и свойствами. Существенным преимуществом нового технологического процесса является возможность его реализации на традиционном прессовом оборудовании.

Создание сдвиговых деформаций в материале при прессовании весьма актуально при использовании матрицы особой конструкции. Геометрию матрицы (рис. 1) условно можно разделить на две части: обжимающую и калибрующую [10]. Обжимающая часть матрицы представляет собой винтовую эллипсную поверхность, располагающуюся от верхней рабочей плоскости в начале и заканчивающаяся переходом в калибрующую часть на выходе. Такая конструкция матрицы исключает возможность образования "мертвых" зон при прессовании, кроме того обеспечивает более свободное извлечение пресс-остатка.

Рис. 1 - Трехмерная модель матрицы

Применение матрицы подобной конструкции значительно снижает потребное усилие прессования, при этом вероятность появления растягивающих напряжений на выходе из калибрующей ее части уменьшается. сдвиговая деформация механическое прессование

Возможности управления сдвиговыми деформациями при прессовании достигаются изменением геометрии обжимающей части матрицы и варьированием температурно-скоростных условий процесса.

Для изучения влияния геометрических параметров матрицы на интенсивность сдвиговых деформаций проводилось опытное прессование на примере сплава системы Al-Ce. Использование церия, как представителя группы редкоземельных металлов, объясняется его способностью значительно увеличивать механические свойства сплава. Процесс прессования осуществлялся на вертикальном гидравлическом прессе усилием 2,5 МН из контейнера диаметром 52 мм как с использованием конической матрицы (рис. 2), так и экспериментальной винтовой (рис. 3). Прессование проводилось со слитка диаметром 50мм на пруток диаметром 10 мм.

Рис. 2 - Геометрические параметры конической матрицы