Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор по теории и технологии прессования крупногабаритных прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов 10
1.1 Сортамент прутков, материалы, применение 10
1.2 Способы и технология прессования крупногабаритных прутков из алюминиевых высокопрочных сплавов с малыми вытяжками 13
1.3 Анализ напряженно-деформированного состояния и температурных условий 22
1.4 Анализ образования центральной пресс-утяжины в заключительной стадии прессования 28
1.5 Цель и задачи исследований 37
Глава 2 Компьютерное моделирование процесса горячего прессования крупногабаритных прутков из алюминиевых сплавов 40
2.1 Постановка задачи 40
2.2 Проверка адекватности моделирования 43
2.3 Анализ результатов моделирования распределения интенсивностей напряжений и деформаций в очаге пластической деформации 44
2.4 Анализ результатов моделирования по распределению интенсивностей напряжений и деформаций в готовом прутке 48
2.5 Распределение механических свойств 51
2.6 Анализ распределения температурного поля 51
2.7 Построение математической модели процесса 56
2.8 Выводы 59
Глава 3 Моделирование заключительной стадии прессования крупногабаритных прутков при малых вытяжках 61
3.1 Постановка задачи исследования 61
3.2 Анализ радиальной скорости течения 66
3.2.1 Влияние трения на контактных поверхностях 66
3.2.2 Влияние угла конуса матрицы 68
3.2.3 Влияние коэффициента вытяжки 70
3.3 Анализ осевой скорости истечения 71
3.3.1 Влияние трения на контактных поверхностях 73
3.3.2 Влияние угла конуса матрицы 75
3.3.3 Влияние коэффициента вытяжки 76
3.4 Анализ векторного поля скоростей 77
3.4.1 Влияние трения на контактных поверхностях 79
3.4.2 Влияние угла конуса матрицы 80
3.4.3 Влияние коэффициента вытяжки 82
3.5 Анализ распределения среднего нормального напряжения 83
3.5.1 Влияние трения на контактных поверхностях 85
3.5.2 Влияние угла конуса матрицы 87
3.5.3 Влияние коэффициента вытяжки 88
3.6 Анализ распределения нормальных и касательных напряжений на контактной поверхности заготовки и пресс-шайбы 89
3.7 Построение математических моделей 95
3.8 Вывод формулы для расчёта высоты заготовки в момент образования центральной пресс-утяжины 99
3.9 Выводы 102
Глава 4 Анализ комплексного влияния химического состава сплава, технологических параметров прессования и термообработки на качество крупногабаритных прутков из высокопрочных алюминиевых сплавов L168, 7075 105
4.1 Анализ влияния химического состава на уровень механических свойств 105
4.2 Анализ влияния метода прессования на структуру и уровень механических свойств 108
4.3 Анализ влияния коэффициента вытяжки на структуру и уровень механических свойств 113
4.4 Анализ качества изготовления прутков 118
4.5 Анализ режимов термической обработки и процента остаточной деформации на механические свойства прутков из сплава L168 121
4.6 Анализ режимов термической обработки прутков из сплава 7075 с повышенным уровнем механических свойств 126
4.7 Опытно-промышленная технология изготовления крупногабаритных прутков из высокопрочных алюминиевых сплавов 132
4.8 Выводы по главе 136
Заключение 138
Список сокращений и условных обозначений 140
Список литературы 142
Приложения. 157
- Способы и технология прессования крупногабаритных прутков из алюминиевых высокопрочных сплавов с малыми вытяжками
- Анализ распределения температурного поля
- Анализ распределения нормальных и касательных напряжений на контактной поверхности заготовки и пресс-шайбы
- Анализ режимов термической обработки прутков из сплава 7075 с повышенным уровнем механических свойств
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Переход на прессование крупногабаритных круглых прутков ответственного назначения в диапазоне диаметров 200-600 мм с гарантированным (стандартным) уровнем механических свойств из труднодеформируемых алюминиевых сплавов с коэффициентами вытяжки менее десяти становится актуальной научно-технической задачей, исходя из современной тенденции развития прессового производства, обусловленной увеличением потребления качественных крупногабаритных цилиндрических прутков из высокопрочных алюминиевых сплавов на внутреннем и внешнем рынках в качестве заготовок и возникающими при этом проблемами создания новых более мощных прессов усилием более 200 МН и качественных слитков с диаметрами более 1000 мм.
Степень разработанности темы определяется существующей теорией и технологией прессования круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов в диапазоне диаметров 20-200 мм с коэффициентами вытяжки более десяти. Теория и технология прессования крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов с малыми коэффициентами вытяжки имеет свои особенности в сравнении с технологий прессования мелко и среднегабаритных круглых прутков с большими коэффициентами вытяжки и требует дальнейшего её совершенствования в области выбора основных технологических параметров процесса, обеспечивающих гарантированный уровень механических свойств и выход годного.
Цель и задачи работы. Цель работы – получение гарантированного уровня
механических свойств и повышение выхода годного при прессовании
крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов при малых вытяжках.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
1.Провести численное моделирование напряженно-деформированного состояния, регламентирующее технологические возможности прямого прессования крупногабаритных круглых прутков при малых вытяжках с использованием программного продукта DEFORM.
2.Показать дополнительные возможности применения моделирования с использованием МКЭ при исследовании влияния температурного, скоростного и деформационного режимов прессования, как в отдельности, так и в комплексе на температурное поле заготовки для управления тепловыми условиями реализации прессования крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов при малых вытяжках.
3.Дать комплексный анализ влияния различных факторов на образование центральной пресс-утяжины в момент ее начала образования и обосновать выбор размера пресс-остатка для конкретных условий прямого прессования крупногабаритных круглых прутков с малыми вытяжками на основе аналитических и экспериментальных зависимостей, полученных при компьютерном моделировании процесса.
4.Разработать технологические рекомендации по прессованию и термической обработке в промышленных условиях крупногабаритных круглых прутков в диапазоне диаметров от 200 до 600 мм из труднодеформируемых алюминиевых
сплавов с гарантированным уровнем механических свойств в условиях малой вытяжки.
Объект исследования. Технология прессования крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов.
Предмет исследования. Энергосиловые, деформационные и температурно-скоростные режимы прямого прессования крупногабаритных круглых прутков при малых вытяжках в основной и заключительной стадиях процесса.
Научная новизна:
1.Установлены закономерности распределения интенсивностей напряжений и деформаций как в объеме очага деформации, так и на выходе из него при прессовании крупногабаритных круглых прутков в интервале коэффициентов вытяжек 2,6 – 10,2.
2.Обнаружены новые закономерности изменения температурного поля заготовки при прессовании крупногабаритных прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов при малых вытяжках.
3.Получены аналитические и численные формулы, связывающие высоту пресс-остатка, в зависимости от основных факторов процесса: условий контактного трения, угла конуса матрицы и коэффициента вытяжки.
Теоретическая значимость работы определяется научным обоснованием выбора основных технологических параметров горячего прямого прессования крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов при малых вытяжках, обеспечивающих требуемое качество изделий.
Практическая значимость. Показана возможность изготовления прямым прессованием крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов при малых вытяжках в диапазоне диаметров 200-600 мм на гарантированном уровне механических свойств, превосходящих требования отечественных и зарубежных стандартов. Разработан стандарт предприятия и три технических условия по производству прессованных прутков из алюминиевых сплавов АМГ6, 7075, 1561, L168, ENAW2014, В95оч на прессах усилием 120 МН и 200 МН. Увеличен выход годного при производстве крупногабаритных прутков на 10%.
Методология и методы исследования.
В работе использована методология научных исследований, включающая теоретический и экспериментальный анализ, методы математического многофакторного планирования эксперимента и математической статистики, компьютерное моделирование процесса прессования с помощью метода конечных элементов в программном комплексе DEFORM. При определении механических свойств и макроструктуры крупногабаритных прутков использовалось современное испытательное оборудование и регистрирующая аппаратура Центральной заводской лаборатории АО «Арконик СМЗ»: универсальная машина ZWICK Z-250, программа Minitab.
Положения, выносимые на защиту:
1.Результаты исследований энергосиловых, деформационных и температурно-скоростных условий, напряженно-деформированного состояния, регламентирующие технологические возможности прессования крупногабаритных прутков при малых вытяжках.
2.Результаты исследований полей скоростей течения металла, гидростатического давления, нормальных и касательных напряжений на рабочей
поверхности пресс-шайбы на заключительной стадии прессования при малых вытяжках в момент начала образования центральной пресс-утяжины.
3.Регрессионная модель и аналитические формулы для расчета размеров высоты пресс-остатка в момент начала образования центральной пресс-утяжины.
4.Результаты совершенствования процесса прямого прессования крупногабаритных круглых прутков ответственного назначения при малых вытяжках из труднодеформируемых алюминиевых сплавов, основанные на выборе температурно-скоростных параметров процесса, размеров пресс-остатка и режимов термообработки.
Степень достоверности и апробация результатов. В диссертационной работе степень достоверности полученных результатов базируется на применении основных положений механики сплошных сред и теории прессования, современного программного комплекса Deform-2D, реализующего фундаментальные математические методы. Результаты работы обоснованы использованием сертифицированного исследовательского и промышленного оборудования, современных методов исследования, планирования и статистической обработки экспериментальных данных, публикацией результатов в реферируемых изданиях из перечня ВАК. Апробация результатов проведена на АО «Арконик СМЗ».
Основные результаты диссертационной работы доложены на следующих международных и российских научных конференциях и семинарах: Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы технических наук» (г. Уфа, 2014 г.), 4-я Международная научно-техническая конференция «Металлофизика. Механика материалов и процессов деформирования» (г. Самара, «Металлдеформ-2015»), Международная конференция и выставка «Алюминий-21 / Качество прессованных профилей» (г. Москва, 2016 г.), 1-й международный конгресс, посвященный 75-летию деятельности СГАУ-Самарского университета. Процессы пластического деформирования авиакосмических материалов. Наука, технология, производство (г. Самара, «Металлдеформ-2017»).
Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 9 работах, из них 6 статей – в рецензируемых научных изданиях (в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России; 1 статья - в издании, входящем в международные реферативные базы данных и систем цитирования Scopus; 2 статьи в рецензируемом журнале), 3 работы - в материалах международных научно-практических конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы в количестве 140 наименований. Основной текст работы изложен на 160 страницах печатного текста, содержит 70 рисунков и 20 таблиц.
Способы и технология прессования крупногабаритных прутков из алюминиевых высокопрочных сплавов с малыми вытяжками
Прессование является наиболее предпочтительным процессом для получения алюминиевых изделий. Именно из-за этого заказчики предпочитают использовать прессованные прутки в большом диапазоне от минимального размера до максимального.
Схема объемного напряженного состояния с неравномерным всесторонним сжатием позволяет наилучшим способом разрушить литую структуру заготовок и получить изделия с высокими степенями деформации, недостижимыми в других процессах ОМД [26].
В алюминиевой промышленности при производстве круглых прутков успешно применяются два основных способа прессования: прямое и обратное [26, 32, 73, 110]. В таблице 1.3 на основании литературных источников приведено сравнение прямого и обратного методов прессования по различным параметрам прессования.
Из сравнения результатов, приведённых в таблице 1.3, следует, что в настоящее время основной способ прессования крупногабаритных круглых прутков из труднодеформируемых алюминиевых сплавов - горячее прессование с прямым истечением без смазки контейнера и матрицы через традиционные плоские матрицы. Истечение металла при этом отличается большой неравномерностью и приводит к неоднородности структуры пресс-изделия.
Прямое прессование позволяет получать изделия с высоким качеством поверхности благодаря особенностям течения металла, в частности, образованию у матрицы упругопластической мёртвой зоны, практически исключающей попадание дефектов с поверхности заготовки на поверхность пресс-изделия.
Как правило, прямое прессование проводят без смазки, что приводит к значительному торможению поверхностных слоев заготовки и появлению высоких сдвиговых деформаций, распространяющихся вглубь заготовки. Это обусловливает обновление слоев металла, из которых формируется поверхность пресс-изделия [26].
Одним из главных технологических параметров процесса прессования является коэффициент вытяжки X. В работе [26], где проведён анализ исследований различных авторов, отмечается, что коэффициент вытяжки должен быть больше А10. Между тем в работах [30, 105] утверждается, что прямое прессование с малыми коэффициентами вытяжки 3А.10 позволяет получить не только необходимый уровень механических свойств в пресс-изделиях, в том числе из труднодеформируемых алюминиевых сплавов, но и снизить энергозатраты и усилие прессования, повысить производительность пресса и качество отпрессованных крупногабаритных круглых прутков.
В работе [74] отмечается, что переход на прессование с минимальными возможными значениями X приведёт к повышению производительности процесса, причём рост производительности при уменьшении X в n раз такой же, как в случае увеличения в п раз скорости истечения металла из канала матрицы.
В статье [105] Р.Д. Щербель и СМ. Меркулова показали возможность формирования равномерных по длине механических свойств крупногабаритных полос 185х80 мм из сплава МА2-1пч для космической техники при их прессовании с малой вытяжкой, равной 6,4.
Установлено, что метод обратного прессования обеспечивает необходимое качество структуры и требуемый уровень механических свойств при уменьшении коэффициента вытяжки до 3 [24]. Это возможно потому, что необходимая проработка литой структуры в процессе прессования, предопределяющая требуемое качество пресс-изделий обеспечивается не только величиной X при её малых значениях, но и равномерностью распределения деформации по сечению и длине пресс-изделия.
Согласно работе [10] для пресс-изделий из алюминиевых сплавов, которые не подвергаются дальнейшей деформации, минимальный коэффициент вытяжки должен быть 7 для пресс-изделия из мягких сплавов, подвергающихся обработке давлением X = 5.
В работе [45] показано, что титановые сплавы прессуют при относительно невысоких коэффициентах вытяжки (менее десяти), что связано с условием обеспечения прочности инструмента, работающего при высоких температурах и напряжениях.
В ряде научных работ коэффициент вытяжки = 10 определён как минимальный [30, 32]. В работе [56] минимальные значения коэффициентов вытяжки определяются неравенством X 10-15.
Снижение коэффициента вытяжки уменьшает степень обновления поверхности и величину нормального давления по поверхностям контакта заготовки с инструментом, а, следовательно, и силу трения [56]. Эти обстоятельства практически лишают преимущества какой-либо формы матричной воронки (по отношению к другим) и убеждают в целесообразности применения при пониженных вытяжках при прессовании со смазкой матриц с прямолинейным коническим контуром вместо матриц с вогнутым и вогнуто выпуклым контуром, рисунок 1.2, что подтверждается изменением величины АТ/АФ в зависимости от А, и коэффициента трения , где АТ - работа на преодоление сил трения, АФ - работа на формирование прессуемого материала.
Возможность изготовления качественных пресс-изделий прямым прессованием Х 10 подтверждается результатами работ и других исследователей, причем прессованием через матрицы с плоским торцом и без смазки, когда процесс идёт при обычной неравномерности деформации по сечению заготовки. Имеются данные, когда в этих условиях коэффициент X = 4 оказывается достаточным, чтобы получить необходимый уровень прочности и пластичности пресс-изделий из сплава В95 [3].
Неравномерность деформаций и неоднородность структуры пресс-изделий отражается на их механических свойствах. Предел прочности ав отпрессованных прутков в общем случае повышается от центра к периферии и от переднего конца к пресс-остатку соответственно, но в обратном направлении, изменяется удлинение. При небольших вытяжках неравномерность механических свойств, особенно между центральными и периферийными слоями, может быть довольно большой. При высоких вытяжках эта неравномерность заметно снижается. Это объясняется уменьшением интенсивности изменения механических свойств металлов с увеличением степени деформации. Многочисленные исследования [56, 57] показывают, что при вытяжках около 10 и более почти по всей длине пресс-изделия, кроме небольшого участка у переднего конца, различие механических свойств между центральными и периферийными слоями практически исчезает. На рисунке 1.3 приведены графики изменения предела прочности ав периферийных и центральных слоёв по их длине, показывающие сближение ав с повышением X.
Анализ распределения температурного поля
Неравномерность распределения накопленных деформаций в поперечных сечениях цилиндрического прутка, как отмечено в работах [25, 73] отражается на распределении механических свойств ав, аод и 8.
Оценку распределения механических свойств по сечению прутков проводили путём испытаний на растяжение на универсальной машине ZWICK Z-250 в соответствии с EN755-1 на стандартных образцах, вырезанных в долевом направлении и расположенных в сечении от поверхности прутка на расстоянии Rп и в центре.
Анализ полученных значений на практике показывает, что прочностные свойства растут от центра к периферийным слоям. Наибольший перепад величин ав и аод имеет место при = 2,6, таблица 2.1.
На рисунках 2.8, 2.9, 2.10 показаны графики распределения температурного поля в поперечных сечениях очага пластической деформации в зависимости от безразмерного радиуса R = R/Rк при различных вытяжках, скоростях истечения, температурах нагрева заготовки, где Rк - радиус контейнера, R - текущий радиус.
Картина распределения температурного поля в сечениях I-III качественно одинаковая при различных коэффициентах вытяжки и скоростях истечения. При установившемся процессе прессования в сечении III-Ш максимальный градиент температуры AT = 69 С при минимальной вытяжке X = 5,2 и AT = 37 С при максимальной скорости истечения 3 м/мин. Температура слитка по сечению напрямую зависит от температуры нагрева. Максимальный градиент температуры слитка AT = 40 С по сечениям I-III достигается при минимальной температуре нагрева заготовки 350 С, а минимальный AT = 28 С при 450 С
При установившемся процессе прессования на рисунках 2.7-2.9 в сечении I-I происходит наибольший разогрев металла около стенок контейнера в связи с деформационным теплом от действия сил трения. Причём с увеличением скорости истечения градиент изменения температуры по сечению значительно увеличивается.
С приближением к матрице (сечение II-II) температура у стенок контейнера снижается, а в центре очага пластической деформации происходит увеличение температуры. Причём, чем ниже температура нагрева заготовки, тем больше градиент роста температуры в центральных слоях. Данный эффект можно объяснить снижением пластичности метала при минимальных температурах прессования.
На выходе из очага деформации (сечение III-III) максимальные значения температуры соответствуют радиусам отпрессованного прутков Rпр, а минимальные угловой зоне контейнера с матрицей. При увеличении скорости прессования Vот 1 до 3 м/мин происходит увеличение температуры в зоне рабочего пояска матрицы до 30 С за счёт разогрева в наиболее интенсивной области деформации. Характер распределения температуры в плоскости канала матрицы крайне неравномерный и качественно совпадает с распределением интенсивности деформаций и интенсивности напряжений в этом же сечении. Причём уменьшение степени деформации приводит к снижению температуры в очаге пластической деформации.
В течение всего процесса прессования (рисунок 2.11) происходит постепенный разогрев на кромке матрицы. Причём наибольший разогрев происходит на заключительном этапе прессования, что связано с увеличением давления в очаге пластической деформации. При этом градиент изменения температуры не зависит от температуры прессования
Анализ распределения нормальных и касательных напряжений на контактной поверхности заготовки и пресс-шайбы
На рисунках 3.19-3.21 приведены цветовые графики распределения нормальных напряжений az на контактной поверхности заготовки и пресс-шайбы на основной и заключительной стадиях процесса при коэффициенте вытяжки X = 6, коэффициентах трения = 0, = 0,5, углах конуса матрицы = 80, = 90.
На рисунке 3.19 показано влияние внешнего трения на распределение осевых нормальных напряжений az на контактной поверхности пресс-шайбы на основной и заключительной стадиях прессования крупногабаритных прутков. Как и следовало ожидать, az достигает наибольших значений в зоне контакта пресс-шайбы с контейнером. К оси прессования az заметно уменьшается, достигая минимальных экстремальных значений. В момент начала образования центральной пресс-утяжины картина распределения az существенно меняется. В зоне центральных слоёв металла заготовки наблюдается резкое падение величины az вплоть до смены знака на оси прессования, что приводит к давлению металла на пресс-шайбу, а не наоборот. В зоне периферийных слоёв металла, расположенных у контейнера, в заключительной стадии отмечается рост az на 20 МПа при X = 3 и падение az на 14 МПа при X = 6.
При прессовании круглых профилей в плоские и конические матрицы по результатам компьютерного моделирования видно, что величина максимального давления на пресс-шайбе при прессовании в коническую матрицу на основной стадии меньше, чем в плоскую матрицу, рисунок 3.18. Отмечена еще большая разница в величине максимальных давлений в момент начала образования пресс-утяжины. Наиболее резкое падение контактного давления наблюдается в переходной зоне очага деформации между объемами металла, располагаемыми над отверстием канала и зеркалом матрицы. Кривые контактного давления при = 80о и 90о в заключительной стадии при приближении к оси прессования сливаются в одну кривую, параллельную оси абсцисс, со сменой знака при R = 0,5Rпр.
При прессовании круглых профилей с разными коэффициентами вытяжки по результатам численного моделирования можно сделать заключение в том, что характер кривых X = 3 и X = 6 подобен друг другу. Увеличение коэффициента вытяжки в два раза с 3 до 6 привело к росту нормального давления на пресс-шайбе на основной стадии по всей поверхности на 59 %. В заключительной стадии графики давлений при X = 3 и А = 6 заметно отличаются друг от друга в объеме металла, расположенном над отверстием канала матрицы.
На рисунках 3.22-3.24 приведены цветовые графики распределения касательных напряжений TRZ на контактной поверхности заготовки и пресс-шайбы на основной и заключительной стадиях процесса при коэффициенте вытяжки А = 3 и А = 6, коэффициентах трения = 0 и 0,5, углах конуса матрицы = 80 и 90.
Анализ результатов по влиянию контактного трения на распределение касательных напряжений на контактной поверхности пресс-шайбы показывает, что TRZ в основной стадии при = 0 направлены к оси прессования. Характер распределения TRZ при = 0 заметно меняется на заключительной стадии процесса. Касательные напряжения положительны только в срединных слоях заготовки. Это можно связать с картиной течения металла в радиальном направлении, рисунок 3.1. Величина касательных напряжений существенно возрастает при прессовании с коэффициентом трения = 0,5 по сравнению с = 0 и достигает до 15-20 МПа, рисунок 3.22. Графики TRZ имеют два экстремума. Первый экстремум находится над кромкой калибрующего пояска, второй в периферийном слое, прилегающем к стенке контейнера.
На основной стадии процесса при прессовании в плоские и конические матрицы характер распределений графиков TRZ в целом одинаков, рисунок 3.23. Касательные напряжения достигают экстремальных значений над кромкой калибрующего пояска и равны 2-3 МПа. Картина существенно меняется на заключительной стадии. Наблюдаются три основных экстремума, вызванных характером течения металла заготовки в поперечном направлении, рисунки 3.3, 3.9, 3.11. В точках экстремума радиальная скорость течения либо меняет знак, либо принимает минимальное значение. При прессовании в коническую матрицу амплитуда изменения TRZ меньше, чем при прессовании в плоскую матрицу.
На рисунке 3.24 представлено влияние степени деформации на распределение касательных напряжений TRZ на контактной поверхности пресс-шайбы на основной и заключительной стадиях процесса. В основной стадии процесса с увеличением вытяжки X величины TRZ уменьшаются. На заключительной стадии картина обратная, увеличиваются.
Анализ режимов термической обработки прутков из сплава 7075 с повышенным уровнем механических свойств
Потребность мирового рынка в прутках из сплава 7075 значительная, особенно в прутках большого диаметра от 250 до 410 мм. Требования, применяемые к изделиям, значительно превышает требования стандартов, которые распространяются только до диаметра 110 мм по ASTM В221М и до 200 мм по EN755-2. До освоения производилось изготовление прутков диаметром до 310 мм с факультативным уровнем механических свойств и с гарантированным уровнем механических свойств до 200 мм по EN755-2. Неоднократные попытки изготовления прутков диаметром свыше 200мм с гарантированным уровнем механических свойств приводили к выпадам по свойствам, и прутки поставлялись с фактическим уровнем механических свойств.
В связи с этим особую актуальность приобрёл вопрос подбора режимов для обработки изделий, позволяющих выпускать большое количество изделий с высоким уровнем механических свойств. Уровень механических свойств прутков из сплава 7075 в соответствии с ASTM B 221M, EN755-2 и требованиями заказчика указан в таблицах 4.7 и 4.8.
Работы по освоению проводилась в несколько этапов:
- опытное изготовление слитков диаметром 785 мм;
- опытное изготовление прутков из контейнера диаметром 800 мм;
- исследования в цеховой лаборатории;
- отработка режимов термообработки.
Ограничение в возможности изготовления прутков диаметром до 310 мм было связано с отсутствием возможности изготовления слитков диаметром 785 мм. Для расширения номенклатуры выпускаемой продукции освоено производство слитков диаметром 785 мм и прессование из контейнера диаметром 800 мм.
При анализе уровня механических свойств на прутках одинакового диаметра, отпрессованных из контейнеров диаметрами 650 и 800 мм различий в уровне механических свойств не выявлено, однако перевод на прессование прутков на контейнер диаметром 800 мм позволил увеличить выход годного с 50,9 до 67,5 %.
Для определения равномерности проведения закалки проведено испытание твёрдости и механических свойств по сечению и по длине на прутке диаметром 275 мм, отпрессованном из контейнера диаметром 650 мм, рисунок 4.12.
На основании проведенного анализа уровня механических свойств по длине и сечению прессовки, по условиям закалки в ВЗП, по перерыву между закалкой и старением в технологию внесены следующие изменения:
- скорректирован вес садки
- изменена схема распределения прутков в садке
- проведена корректировка режимов термообработки
- регламентирован перерыв между закалкой и старением.
Влияние выдержки и уменьшения объёма садки на предел прочности и текучести указано на рисунках 4.14 и 4.15
Результаты проведенного исследования позволили:
- повысить и стабилизировать уровень механических свойств;
- исключить предварительную обрезку каждого прутка;
- исключить дополнительный допуск на длину, необходимый для предварительного испытания механических свойств и для возможно последующей перезакалки прутков;
- выбрать литейный агрегат.
Статистические данные по количеству прутков, отправленных на повторную термообработку в зависимости от литейного агрегата указаны в таблице 4.9
Для определения равномерности проведения закалки на прутках диаметрами 300, 320, 350, 390, 410 мм, отпрессованных из контейнера диаметром 800 мм, произведено испытание мех свойств по сечению в 5 точках, рисунки 4.16-4.18.