Введение к работе
Актуальность темы: Масштаб экономических изменений в промышленности в связи с переходом к открытой рыночной экономике требует комплексного подхода к экспериментальным и теоретическим вопросам в области разработки и промышленного использования наукоемких высокоэффективных технологий. К числу таких технологий относятся процессы обработки металлов давлением на базе явления сверхпластичности. Несмотря на то, что само явление изучено достаточно подробно, о чем свидетельствуют материалы прошедших за последнее двадцатилетие пяти международных конференций по сверхпластичности, является важным дальнейшее исследование феноменологии сверхпластичности, предполагащее учет и изменение геометрических, реологических и структурных параметров материала в процессе деформации. Это направление является традиционным для научной школы Московского государственного института стали и сплавов и принесло ей международное признание.
Опыт использования листовой сверхпластической формовки (СПФ) - одной из эффективных технологий на базе сверхпластичности, в нашей стране и, особенно, за рубежом показывает возможности ее применения как в военной, так и в гражданской технике, а также е& гибкость, экономичность и конкурентноспособность.
Применение в качестве сверхпластичного материала феррито-аустбнитной стали 03Х26Н6Т для гражданской продукции широко известно за рубежом. По сравнению с другими сверхпластичными материалами она относительно дешевая, и при наличии необходимой технологической базы является перспективным для производства материалом. Но в нашей стране она использовалась, в основном, для изделий военной техники и технология ее производства была разработана специально под сверхпластическую формовку деталей газоту- ,
рОинных двигателей. В связи с конверсией предприятий ВПК и открытием свободного доступа к информации, имеющей ранее ограниченный характер использования, является актуальным обобщить известные в открытой печати данные и исследовать новые факторы использования этой стали в промышленности на основе разработанных для специальных-целей методик, методов испытаний и моделирования.
Практическое применение и промышленное использование технологии СПФ требует более детального исследования термомеханических режимов СПД, реологических свойств промышленно выпускаемой сверхпластичной стали и их зависимости от происходящих при СПД структурных изменений, анализа оптимального формоизменения, исследования и расчета характеристик деформируемости листовых материалов, определения требуемых усилий и разработки технологических режимов для процесса СПФ сложнопрофильных изделий.
Решению части данных вопросов посвящена настоящая диссертация,, в которой содержится новое решение актуальной научно - технической задачи расчета технологических режимов СПФ для производства товаров народного потребления на основе исследования и описания структурных и феноменологических характеристик СПД.
Настоящая работа является частью комплекса исследований, проводимых Московским государственным институтом стали и сплавов в соответствии с государственной научно-технической программой "Технологии, машины и производства будущего" (проект 0.06.01.0014) и в рамках госбюджетной научно- исследовательской работы "Создание основ рэологии перспективных конструкционных материалов в условиях слохсного термомеханического воздействия", выполняемых в 1990-1995 годах.
Работа выполнена при научной и методической консультации с.н.с, к.т.н. Г.Ю.Глебовой, одного из разработчиков технологии
производства сверхпластичного листа из стали 03Х2ЄН6Т..
Цель работы; На основе экспериментального исследования структурных изменений и реологических свойств при нагреве и СПД феррито-аустенитной стали 03Х26Н6Т, компьютерного моделирования процессов растяжения и СПФ, разработать инженерную методику расчета технологических режимов СПФ полых деталей.
Научная новизна.
-
Разработана стереологическая модель реконструкции неравноосной микродуплексной структура стали в равноосную.- Модель рассматривает обобщенный структурный параметр П как среднегеометрическое значение для средних величин логарифмически нормальных распределений по размерам выделяющейся 7-Фазы для трех характерных направлений, умноженное на коэффициент объемного содержания этой фазы, определенный независимым точечным методом.
-
Показано, что ранее известные феноменологические законы изменения структуры при нагреве и СПД действуют и для предложенной в работе величины обобщенного структурного параметра и с высокой точностью описывают экспериментальные данные.
-
На основании анализа изменения обобщенного структурного параметра при нагреве и СПД показано, что зависимость относительной скорости роста- структуры dn/n/dt от скорости СПД имеет немонотонный характер и при увеличении размера П на порядок уменьшается на четыре и более порядков.
-
Новые количественные данные о структурно-кинетических и реологических характеристиках сверхпластичности стали 03Х26Н6Т в интервале температур 900-І000 С вошли в базу реологических данных и применены в разных расчетных моделях для анализа деформируемости и режимов СПД и СПФ.
б. Показано, что деформируемость листового материала при
испытаниях на ползучесть при одноосном растяжении и при СПФ круглой мембраны и прямоугольной коробки может быть теоретически рассчитана с помощью модернизированных компьютерных программ "tensile", "SPyORM" и "BOX", основанных на методах инженерной теории пластичности с регламентированными геометрическими соотношениями для скоростей, деформаций и напряжений и изменяющейся структурнозависимой реологией. Практическая значимость:
-
Усовершенствована методика компьютерного моделирования и расчета-режимов процессов СПФ листовых сверхпластичных материалов с помощью известного, построенного на методе конечных элементов, пакета прикладных программ "SPLEN-0", включающая возможность учета изменения структуры, начальную стадию формоизменения в момент потери устойчивости и изменение параметров от температуры. Пакет "SPLEN-о" модернизирован с участием автора в коммерческий вариант для распространения в России и зарубеком.
-
Для ряда отечественных и зарубежных фирм выполнены расчеты технологических режимов и процессов СПФ конкретных деталей' гражданской продукции и проведено соответствующее технико-экономическое обоснование применения технологии СПФ.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на втором советско - китайском семинаре по_ теории и технологии кузнечно - штамповочного производства, Пекин, 1991; на Всесоюзной научно - технической конференции "Сверхпластичность неорганических материалов", Уфа, 1992; на международных конференциях "Buperplastioity In Advanoed Materials", ICSAM-91 Oeaoa, Japan, 1991 И ICSAM-94 Mosoow, Russia, 1994.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ и тезисов докладов.
Объем и структура работы: Диссертации состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на *т~ страницах машинописного текста, содержит Д» рисунке? ^"таблиц, библиографический список из 107 наименований и приложения.