Разработка режимов прокатки обшивочных листов для обтяжки с рациональным сочетанием параметров структуры и анизотропии свойств Гречникова, Анна Федоровна

Введение к работе

Актуальность работы. Современные технологии производства авиационной техники и сложные условия ее эксплуатации в различных климатических и погодных условиях, при резких перепадах температур и постоянных изменениях внешних силовых воздействий выдвигают новые, более жесткие требования к свойствам конструкционных материалов. В немалой степени это относится к обшивочным листам для обтяжки, изготовляемым прокаткой из высокопрочных алюминиевых сплавов типа Д16ч и В95 пч.

Уровень свойств конструкционных материалов, как известно, определяется химическим составом и сформированной в процессе производства структурой. Главными структурными компонентами любого металла, и алюминиевых сплавов в частности, являются составляющие его кристаллиты или зерна. Их форма, размер, кристаллографическая ориентация определяют способность материала к пластической деформации и направление ее преимущественного развития; характер и скорость разрушения, в том числе при длительных нагрузках (усталость), а также качество поверхности готовой детали.

Исследования показывают, что при стандартной технологии прокатки в алюминиевых листах формируется текстура, с неблагоприятной кристаллографической ориентацией, которая при последующем формообразовании приводит к быстрому утонению заготовок и разрушению. В частности, при обтяжке снижается предельное формоизменение, возникает разнотолщинность и разрывы оболочек. Кроме того, сплавы типа Д16ч и В95пч, склонны к сильному росту зерна при отжиге деформированных полуфабрикатов, что также снижает предельную степень деформации при последующем формообразовании, ухудшает усталостную прочность и качество поверхности.

В большинстве исследований данные параметры - величина зерна и ее ориентация (текстура) рассматриваются отдельно, хотя они характеризуют структуру одного и того же состояния металла, и их влияние на свойства заготовок и изделий часто взаимосвязано: предельная степень деформации зависит от величины зерна и от анизотропии свойств текстурированной заготовки; усталостная долговечность так же определяется как механизмами разрушения (зависящими от величины зерна), так и текстурой, благоприятствующей, или препятствующей развитию трещины в данном направлении.

В связи с этим актуальными являются комплексные исследования по оценке совместного влияния параметров структуры и текстуры на предельную деформацию при обтяжке и характеристики усталости, и разработка технологических режимов прокатки и отжига, обеспечивающих формирование в обшивочных листах рационального сочетания величины зерна, состава компонент текстуры и анизотропии свойств.

Целью диссертационного исследования является научное обоснование требований к структуре и анизотропии свойств заготовок для обтяжки и разработка технологических режимов производства обшивочных листов из сплавов Д16ч и В95пч с рациональным сочетанием величины зерна, параметров текстуры и анизотропии.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

1. Провести теоретический анализ комплексного влияния компонент текстуры и размеров зерна на величину геометрического коэффициента обтяжки.

2. Установить рациональные для процесса обтяжки сочетания параметров структуры, текстуры и анизотропии свойств в обшивочных листах.

3. Провести экспериментальные исследования влияния средней величины зерна на усталостные характеристики обшивочных листов.

4. Исследовать закономерности формирования параметров структуры, текстуры и анизотропии в зависимости от режимов прокатки и термообработки обшивочных листов из сплавов Д16ч и В95пч.

5. Разработать производственные маршруты изготовления, обеспечивающие формирование в обшивочных листах Д16ч и В95пч рационального сочетания состава текстуры, размеров зерна и анизотропии свойств.

6. Провести промышленную апробацию разработанных режимов прокатки и оценку изменения параметров, свойств и анизотропии обшивочных листов, изготовленных по новой технологии.

Область исследования. Закономерности пластического деформирования материалов и создание технологий изготовления заготовок высокого качества.

Объект исследования. Технологические процессы прокатки и термообработки обшивочных листов из высокопрочных алюминиевых сплавов Д16ч и В95пч.

Предмет исследования. Закономерности формирования структуры, текстуры и анизотропии свойств в процессах прокатки и отжига обшивочных листов для обтяжки.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ формоизменения листовых заготовок при обтяжке и экспериментальное изучение изменения параметров структуры и свойств в зависимости от режимов листовой прокатки.

Теоретические исследования выполнены на основе критерия пластичности, учитывающего константы кристаллической решетки и параметры текстуры деформируемого материала.

При экспериментальных исследованиях структуры, компонент текстуры и анизотропии свойств использовалось промышленное оборудование прокатного цеха Самарского металлургического завода и современное оборудование лабораторий кафедры ОМД СГАУ, ИМЕТ РАН и ЦЗЛ СМЗ. Исследования проводились с применением методов математического планирования экспериментов.

Обработка опытных данных и промышленных экспериментов производилась методами математической статистики.

Научная новизна.

6. 1. Предложена аналитическая зависимость геометрического коэффициента обтяжки от параметров кристаллической решетки, компонент текстуры и величины зерна листовых заготовок.

   2. Определены параметры структуры, текстуры и анизотропии, необходимые для повышения предельного формоизменения обшивочных листов при обтяжке.

   3. Установлены закономерности формирования размеров зерна и компонент текстуры в зависимости от режимов прокатки и отжига.

   4. Разработаны технологические режимы прокатки, обеспечивающие формирование в обшивочных листах из сплавов Д16ч и В95пч рационального сочетания компонент текстуры, показателей анизотропии и величины зерна.

   Практическая ценность работы.

   6. 4. 1. Разработана процедура расчета показателей предельного формоизменения при обтяжке в зависимости от состава компонент текстуры листовых заготовок.

         2. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по формированию эффективного состава текстуры и величины зерна в обшивочных листах для повышения их предельного формоизменении при обтяжке.

         3. Установлены технологические схемы деформаций при прокатке и режимы отжига, необходимые для получения в обшивочных листах рационального сочетания параметров структуры и анизотропии свойств.

         Положения, выносимые на защиту.

         6. 4. 3. 1. Результаты аналитического исследования зависимости коэффициента обтяжки от констант кристаллической решетки и ориентационных факторов текстуры листовых заготовок.

                  2. Процедура расчета геометрического коэффициента обтяжки для многокомпонентной текстуры обшивочных листов.

                  3. Результаты экспериментального исследования влияния режимов и маршрутов прокатки на средний размер зерна, состав текстуры и анизотропию свойств обшивочных листов из сплавов Д16ч и В95пч.

                  4. Технологические режимы прокатки и отжига, обеспечивающие формирование в обшивочных листах Д16ч и В95пч рационального сочетания параметров структуры и анизотропии свойств.

                  5. Результаты промышленной реализации разработанных режимов прокатки и оценки изменения параметров структуры, механических свойств и анизотропии обшивочных листов, изготовленных по новой технологии.

                  Апробация работы. Основные результаты работы доложены на следующих международных и российских научных конференциях и семинарах:

                  1. 1. 1. 1. 1. Королевские чтения. Всероссийская молодежная научная конференция с международным участием. Самара, СГАУ, 2007.

                              2. Королевские чтения. Всероссийская молодежная научная конференция. Самара, СГАУ, 2008.

                              IV международная научно-техническая конференция. Самара, МИР, 2009.

                              Симпозиум с международным участием «Самолетостроение России. Проблемы и перспективы». Самара, СГАУ, 2012

                              Международный научно-технический форум, посвященный 100-летию ОАО «Кузнецов» и 70-летию СГАУ. Самара, СГАУ, 2012.

                              Разработанные технологические рекомендации внедрены в производство на Самарском металлургическом заводе. Экономический эффект за 2012 г составил 4,3 млн. руб.

                              Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 9 печатных работах, в том числе 6 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации результатов диссертаций.

                              Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованных источников, в количестве 137 наименований. Работа изложена на 193 страницах, содержит 90 рисунков и 34 таблицы.

                              Похожие диссертации на Разработка режимов прокатки обшивочных листов для обтяжки с рациональным сочетанием параметров структуры и анизотропии свойств

                              Разработка термомеханических режимов прокатки тонких алюминиевых лент с рациональным для штамповки комплексом механических свойств и анизотропииКолобов, Владимир Геннадьевич

                              Разработка критерия пластичности, процедуры моделирования и формирования эффективной для глубокой вытяжки анизотропии свойств заготовокЕрисов, Ярослав Александрович

                              Разработка термомеханических режимов управления разнотолщинностью при прокатке тонких алюминиевых лент для глубокой вытяжки с утонениемОводенко, Алексей Максимович

                              

                              Разработка технологии прокатки толстого листа с заданными свойствами из трубных марок стали на стане 5000Мунтин Александр Вадимович

                              

                              Повышение качества крупных поковок на основе разработки и применения научно обоснованных термомеханических режимов процесса ковки заготовокОнищенко, Анатолий Кондратьевич

                              Снижение энергозатрат при широкополосной горячей прокатке на основе моделирования и выбора эффективных режимов смазывания валковХарченко, Максим Викторович

                              

                              Совершенствование процессов прокатки и охлаждения листов из трубных марок сталей на стане-5000Зинягин Алексей Геннадиевич

                              Разработка математической модели формирования структуры и механических свойств для оптимизации и проектирования технологических режимов горячей прокатки полосовых сталейБогомолов, Игорь Викторович

                              

                              Влияние исходного размера зерен, химического состава и температуры деформации на эволюцию структуры в титане при прокатке и разработка режимов получения ультрамелкозернистых листов и прутковДьяконов, Григорий Сергеевич

                              

                              Закономерности влияния химического состава и структуры на анизотропию механических свойств полуфабрикатов из a- и (a + b)-сплавов титанаТаранишин Александр Алексеевич