Содержание к диссертации
Введение
1. Патентно-литературный обзор по теме диссертационной работы 6
1.1. Установление классов материалов с отклонениями от закона упрочняющейся среды 6
1.2. Влияние вида нагружения на формирование свойств некоторых деформируемых сред 20
1.3. Системы уравнений для выполнения расчетов напряженно-деформированного состояния 25
1.4. Средства выполнения расчетов напряженно-деформированного состояния 27
1.5. Выводы и постановка задачи исследования 37
2. Исследование влияния управляющих факторов на процесс осадки 39
2.1 Влияние вида кривой упрочнения на локализацию деформации при осадке цилиндрических заготовок 39
2.2 Управление формоизменением квадратной в плане заготовки при осадке 52
2.3 Оценка влияния трения на процесс осадки призматических заготовок 60
2.4 Выводы по главе 73
3. Взаимные связи свойств материалов и параметров деформации в производстве прутков и труб 75
3.1 Соотношения компонентов тензора деформации применительно к прессованию прутковых заготовок из альфа-титановых сплавов 75
3.2. Уточнение решения задачи прессования в 2D и 3D постановках 91
3.3. Управление параметрами Кернса в производстве трубных заготовок из альфа-титановых сплавов 101
3.4 Определение момента образования пресс-утяжины при прессовании с учетом немонотонности кривой упрочнения 111
3.5. Выводы по главе 122
4. Влияние состояния поставки материала на формоизменение при листовой штамповке 124
4.1 Применение обратного решателя Inverse в программном комплексе PAM-STAMP 2G для оценки формуемости детали 124
4.2 Расчет компенсации инструмента после пружинения 129
4.3 Оптимизация начальной формы заготовки 135
4.4 Влияние кривой упрочнения на формуемость при штамповке 142
4.5 Выводы по главе 149
Заключение 151
Список литературы 154
- Влияние вида нагружения на формирование свойств некоторых деформируемых сред
- Управление формоизменением квадратной в плане заготовки при осадке
- Уточнение решения задачи прессования в 2D и 3D постановках
- Оптимизация начальной формы заготовки
Влияние вида нагружения на формирование свойств некоторых деформируемых сред
В современных условиях наибольшая часть расчетов напряженно-деформированного состояния выполняется с помощью программных комплексов, реализующих метод конечных элементов. При кажущейся одинаковости подхода программные комплексы настроены на различных допущениях и упрощениях, что касается свойств материалов, граничных условий и т.д. Это приходится учитывать при выборе программного средства для решения конкретной краевой задачи.
Многие методики расчета напряженно-деформированного состояния основаны на том предположении или допущении, что при деформации среда проявляет свойства упрочняющегося материала. В том числе создан ряд пакетов прикладных программ (ABAQUS, РАПИД) на основе метода конечных элементов, в которых это допущение заложено в сам алгоритм решения краевой задачи. Некоторые исследователи считали, что такое подход позволяет выполнить требование единственности решения краевой задачи [1].
Возникает вопрос, насколько справедливо такое допущение и насколько правильным будет основанное на нем решение задачи. Для этого надо оценить, каковы реальные зависимости, описывающие упрочнение при пластической деформации металлов и сплавов.
На рисунках 1.1 – 1.3 представлены кривые упрочнения для некоторых материалов, имеющих широкое распространение в практике металлообработки[2]. Рисунок 1.1 - Кривые упрочнения сплава АМг5 при скорости деформации 0,25(1), 4(2), 63(3) с-1 , выделены области обработки, используемые в промышленности
На рисунках выделены области обработки материалов. Для алюминиевого сплава АМг5 область горячей обработки окажется вблизи температуры 480оС, а скорости деформации устанавливаются на нижнем пределе. Как видно по графикам, кривые упрочнения здесь выглядят как немонотонные зависимости: имеется участок упрочнения, затем следует участок разупрочнения, затем вновь появляется участок упрочнения. Для того же материала в холодном состоянии наблюдается лишь упрочнение.
Для медного сплава типа БрО7 область горячей обработки окажется вблизи температуры 800оС, а скорости деформации устанавливаются ближе к верхнему пределу, что обусловлено опасностью захолаживания заготовок. Из графиков видно наличие трех участков упрочнение – разупрочнение – упрочнение. Протяженность этих участков относительно оси деформаций различна: при повышенной скорости деформации (10с-1) первый участок упрочнения может оказаться достаточно большим, а для малой скорости деформации (0,1 с-1) формоизменение будет сопровождаться лишь разупрочнением. При холодной деформации оловянная бронза выступает как материал с высокой степенью упрочнения, достигаемой пятикратной величины.
Титановые сплавы обладают всей гаммой вида кривых упрочнения: от возрастающих функций, до убывающих функций, в том числе может наблюдаться картина идеально пластичного материала. На рисунке 1.3 показаны кривые упрочнения для сплава ВТ6, полученные авторами [3].
В первом приближении зависимости имеют вид убывающих функций при высокой скорости деформации 50 с-1, констант при скорости деформации 1 с-1, возрастающих функций при низкой скорости деформации 0,1 с-1 в диапазоне температур 500…800оС. Рисунок 1.3 - Кривые течения титанового сплава ВТ6 при осадке со скоростями деформации 0,1 (а), 1,0 (б), 10,0 (в) и 50,0 с-1 (г) при температурах теплой деформации, о С : 1 -400; 2 - 500; 3 – 600; 4 – 700; 5 – 800
Кривые упрочнения титанового сплава ВТ3-1(рисунок 1.4) показывают на существенную немонотонность при всех режимах обработки и при наличии больших градиентов перепада напряжений на уровне до 100 МПа, особенно при пониженных температурах на уровне 800оС и при повышенных скоростях деформации. Альфа-титан относится к металлам с гексагональной кристаллической решеткой, так же, как и цинк. При этом проявляются эффекты текстурования этих металлов с проявлениями анизотропии. Для цинка (рисунок 1.5) полученные на пластометре кривые упрочнения имеют многообразие, среди которого можно выделить возрастающие, убывающие и экстремальные зависимости[2]. На рисунке 1.5 выделены кривые для температуры 20оС скоростей деформации 2 и 10 с-1, при этом вдоль направления прокатки эти кривые возрастающие, а поперек направления прокатки – убывающие.
Таким образом, соотношение скоростей пластического течения этого вида материала в двух ортогональных направлениях окажется различным. Применяя принцип наименьшего сопротивления, можно полагать, что течение в поперечном направлении при нарастании деформации будет увеличиваться, а в продольном направлении будет уменьшаться. При повышении температуры ситуация будет сглаживаться. Большой объем исследований реологии материалов выполняется лабораторией механики деформаций института машиноведения УрО РАН. В том числе, исследования затрагивают процессы рекристаллизации, которые и оказывают большое влияние на поведение кривых упрочнения [4].
Широкое распространение в машиностроении имеет латунь ЛС 59-1, кривые упрочнения которой в статических испытаниях [5] имеют череду максимумов (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 - Кривые упрочнения латуни ЛС 59-1 при температурах 450 (1), 550 (2), 600(3), 800 оС (4), скорость деформации 0,02 с-1
Исследования, выполненные в университете Technical University of Wrocaw [6] методом закручивания горячепрессованных образцов, показывают на немонотонность кривых упрочнения латуни M63(российский аналог Л63) при скорости деформации 0,01 с-1 (а) и бронзы BA93(российский аналог БрАЖ9-3). Эти зависимости приведены на рисунке 1.7.
Применительно к латуни Л63 (рисунок 1.7,а) из них следует, что повышение температуры обработки сначала приводит к падению пластичности, а затем к повышению, причем значительный рост пластичности наблюдается при температуре выше 450оС. Если обратиться к диаграмме состояния сплава, то эта температура примерно соответствует переходу Р фазы в Р фазу. Таким образом, кривые высокотемпературных испытаний соответствуют двухфазному ос+Р состоянию. Деформация при 450оС приводит к резкому снижению напряжения пластического течения до 80 МПа(є = 3,8) по отношению к пиковому значению 170 МПа (є = 0,8), т.е. наблюдается снижение на 100 (170-80)/170 = 53%.
Следует отметить, что эти испытания захватывают только одну характерную точку фазового перехода Р - р. При более высоких температурах возможен выход материала из (ос+Р) состояния в состояние чисто Р -фазы со значительными аномалиями прочностных свойств.
Для бронзы БрАЖ9-3 (рисунок 1.7,б) также наблюдаются пиковые значения напряжений пластического течения, расположение этих пиков соответствует значениям деформации на уровне 0,7 при температуре 500оС и 0,3 при температуре 700оС. В процентном отношении наиболее велико различие между максимальным и минимальным значениями напряжений при повышенной температуре 700оС. Оно составляет двукратную величину.
Выполненные китайскими учеными широкомасштабные исследования сопротивления деформации латуни марки Н62 (или Л63 по российскому стандарту) показали немонотонность кривых упрочнения в широком диапазоне температур и скоростей деформации [7]. Как видно из рисунка 1.8, при повышении температуры обработки давлением в области умеренных скоростей деформации на уровне 1 с-1 наблюдается наличие пика кривых упрочнения в области истинных степеней деформации (true strain) величиной 0,04. После прохождения пикового значения истинные напряжения(true stress) вначале стремятся к минимуму, а затем имеют вид слабо возрастающих функций. При повышении скорости деформации до 10 с-1 появляется область плавного понижения функции до значений степеней деформации около 0,25, после чего происходит умеренный рост напряжений.
Управление формоизменением квадратной в плане заготовки при осадке
Программа QFORM разрабатывается компанией ООО «Кванторформ с 1991 года [52]. Программа QFORM - это инструмент для моделирования нестационарных технологических процессов объемного формоизменения металлов в горячем, холодном и теплом состоянии. QFORM позволяет моделировать объемную штамповку (открытую и закрытую), свободную ковку, выдавливание, прессование, гибку. Кроме этого программа моделирует промежуточные операции и процессы естественным образом входящие в технологическую цепочку.
Согласно данным, полученным с сайта [52], программа основана на методе конечных элементов (ядре системы). Конечно-элементные алгоритмы специальным образом адаптированы для расчета процессов формоизменения. В QFORM следует выделить следующие основные моменты:
Программа является полно функциональным объектно-ориентированным приложением Windows.
Полностью интегрированная архитектура QFORM обеспечивает синхронное выполнение работ любой части программы. Визуализация процессов формоизменения происходит одновременно с расчетом, что позволяет немедленно интерпретировать получаемые результаты и вносить в технологию необходимые изменения.
При подготовке исходных данных пользователь оперирует исключительно технологическими понятиями, а мастер подготовки исходных данных позволяет быстро и легко ввести все необходимые для расчета параметры параллельно с их отображением для визуального контроля.
Программа QFORM обеспечивает автоматическое формирование расчетных моделей (разбиение на конечные элементы). QFORM позволяет проанализировать всю технологическую цепочку получения поковки, включая нагрев, охлаждение и пластическое деформирование на всех переходах, изменение свойств материала.
Программа QFORM объединяет двумерное и трехмерное моделирование в одной программе. Для перехода к трехмерному моделированию необходимо лишь выбрать в качестве исходной геометрической информации не двумерные контуры поперечных сечений, а твердотельные модели штампов и заготовки. Все остальные данные задаются так же, как и для двумерного расчета с использованием мастера подготовки данных (рисунок 1.20). Рисунок 1.20 - Рабочее окно программы QFORM с мастером подготовки исходных данных (слева)
В программе QFORM реализованы генерация конечно-элементной сетки с криволинейными элементами, описываемыми поверхностями, либо кривыми второго порядка, что позволяет достоверно описывать геометрию заготовок и инструмента.
Программа автоматически строит конечно-элементную сетку на поверхности и в объеме штампов и заготовки и перестраивает ее в процессе решения по мере необходимости. К возможностям программы QFORM относятся следующие: Предусмотрен расчет штамповки с количеством инструментов от одного до ста. Материал заготовки и инструмента, а также смазка и оборудование берутся из базы данных, которая настраивается на каждого пользователя индивидуально. Деформация заготовки рассматривается с учетом тепловых процессов. Штампы рассчитываются без учета температурного поля. Операции формоизменения заготовок рассчитываются для кривошипного пресса, молота, гидравлического и винтового прессов. Реализована возможность деформирования вращательным оборудованием для решения задач моделирования ковки на ковочных вальцах.
Задание кривых упрочнения материала заготовки производится одним из четырех способов: 1. Постоянная величина - в этом случае сопротивление деформации принимается постоянным по всему объему заготовки. 2. Табличная функция - сопротивление деформации задается по точкам и может зависеть от температуры, накопленной деформации и скорости деформации. 3. Подпрограмма - сопротивление деформации задается функцией, описанной в специальной подпрограмме на языке LUA: данный язык встроен в программы QForm. 4. Формула - сопротивление деформации задается формулой: а = А1-е-м т-єт2-їт3-е-т4є (1.5) где Т, , - температура, степень деформации и скорость деформации соответственно и для которой необходимо ввести коэффициенты Ai, mi, ni2, птз, пи. В данном законе, в частности, член e m4 отвечает за разупрочнение материала.
В том числе, в стандартной базе банных уже содержится большое число готовых материалов: цветных сплавов, сталей. В созданных разработчиком материалах содержатся готовые данные, в которых присутствуют графики зависимости сопротивления деформации от степени деформации, скорости деформации и температуры, имеющие участки как монотонного упрочнения, так и неупрочнения (практически одинакового значения сопротивления деформации), а также разупрочнения.
Уточнение решения задачи прессования в 2D и 3D постановках
Методика физического моделирования включала подготовку модельного материала - технического свинца для перевода его из анизотропного литого состояния в изотропное. Для этого наполнительным методом отливали заготовку в изложницу с получением слитка конической формы с максимальным диаметром 75 мм, слиток прессовали на гидравлическом прессе с получением заготовки квадратного сечения со стороной квадрата 30 мм. Затем получали заготовки необходимой толщины ковкой на молоте массой падающих частей 250 кг и прокаткой на стане с диаметром валков 200мм. Заготовки раскраивали на образцы резкой на гильотинных ножницах и заправкой торцев на строгальном станке.
Образцы подвергали осадке на вертикальном прессе номинальным усилием 500 кН с применением бойков с различно подготовленной контактной поверхностью и использованием смазок. Чтобы устранить последствия налипания свинца, бойки перед опытами обрабатывали наждачной бумагой. Создали три варианта контактных граничных условий, которые отражены в таблице 2.5.
В опытах изменяли параметр отношения толщины образца к стороне квадрата а, контактные условия и относительные обжатие. В частности, выявили, что назначение слишком больших высот образцов h0 приводит к малой чувствительности кривизны сторон образцов от коэффициента трения, что поясняется фото на рисунке 2.10. При одинаковом относительном обжатии 70% и отношении h0/а = 1 (форма куба со сторонами примерно 30х30х30 мм) на рисунке не видно разницы в кривизне поверхности после осадки. Таблица 2.5 - Граничные условия при проведении опытов
Видно, что малых коэффициентах трения кривизна боковой поверхности становится нестабильной, поэтому важна процедура усреднения радиуса кривизны. Вместе с тем видно, что при большем трении (осадка без смазки), радиус кривизны оказывается меньше, что подтверждает идеологию предлагаемой методики.
После выполнения опытов полученные образцы были сфотографированы и проведена оценка величины радиуса кривизны их боковой поверхности. Радиус кривизны боковой поверхности образца, осаженного на шлифованных бойках со смазкой, составил 108 мм, осаженного на шлифованных бойках без смазки, 64 мм, а на рифленых бойках – 44 мм. В результате получены данные отношения a/R, которые соответственно составляют: 0,37, 0,63, 0,91 (исходная длина стороны квадрата 40 мм). На графиках зависимости a/R от є отмечены точки (рисунок 2.15), соответствующие полученным значениям a/R и относительному обжатию 40%.
Путем интерполяции графиков были определены расчетные коэффициенты трения: эти данные приведены в таблице 2.5 и составляют для шлифованных бойков со смазкой примерно 0,12, для шлифованных бойков без смазки 0,24, а для рифленых бойков 0,5. Как видно из таблицы, полученные значения коэффициента трения оказались внутри диапазонов значений, определенных другими авторами, сравнение с известными данными показывает хорошую сходимость результатов.
Фото образцов, осаженных на рифленых бойках при отношении h0/a = 1 и относительном обжатии 50 (а) и 70%(б) и на шлифованных бойках при отношении h0/a = 0,2, относительном обжатии 40% со смазкой(в) и без смазки (г) 2.4 Выводы по главе
1. Выполненные методом конечных элементов расчеты показали, что наряду с контактными условиями трения и теплопередачи вид зависимости сопротивления деформации от степени деформации существенным образом влияет на однородность распределения деформации по объему заготовок при их осадке.
2. Установлено, что в сопоставимых условиях при переходе от материала с соотношением конечного и начального сопротивления деформации 2 к 0,5 соотношение максимальной и минимальной степени деформации изменяется от 8 до 9250, т.е. более чем в 1000 раз.
3. Метод оценки неравномерности деформации по соотношению диаметров бочки и контактной поверхности заготовок имеет низкую чувствительность. При изменении этого показателя на 1%, соотношение максимальных и минимальных степеней деформаций может достигать 200 – кратной величины.
4. Наибольшей однородностью деформации отличается схема деформации металла с возрастающей кривой упрочнения, наименьшей – с убывающей кривой упрочнения. Схема деформации неупрочняющегося материала занимает промежуточное положение.
5. Установлены параметры осадки, позволяющие осуществлять формоизменение квадратных в плане заготовок в круглые диски за счет управления режимами обжатий и трения. Для этого следует осуществлять процесс при применении коэффициента трения на уровне 0,40…0,50 и относительном обжатии не менее 60%.
6. Предложена методика оценки коэффициента внешнего трения при деформации металлов, основанная на осадке образцов, имеющих квадратное в плане сечение, измерении радиуса кривизны боковых сторон образца и определение коэффициента трения по специально построенным диаграммам. 7. Для получения достоверных результатов предложено применять образцы с отношением высоты к стороне квадрата около 0,1…0,3 и применять относительные обжатия в опытах на уровне 40…60%. 3
Влияние вида деформации на текстуру титановых сплавов
Наиболее распространенные операции обработки металлов давлением в производстве заготовок из титана и его сплавов – это прокатка и прессование. Довольно большое количество заготовок из сплавов титана выпускаются в альфа-состоянии, которое характеризуется наличием ГПУ-решетки. Известно, что металлы в состоянии гексагональной решетки обладают повышенным уровнем анизотропии свойств. При листовой прокатке возникает проблема оценки анизотропии механических характеристик заготовок в направлении прокатки и в поперечном направлении, и эта проблема обсуждается во многих публикациях [33, 96-100]. При испытании плоских образцов на растяжение возможно применить их разворот в плоскости листа, но невозможно испытать образец, расположенный перпендикулярно плоскости листа, из-за малости этого размера. Поэтому вне внимания исследователей остается вопрос, насколько анизотропен материал в трех ортогональных направлениях.
Иная ситуация возникает при прессовании заготовок. Здесь все три размера существенны, и можно проводить сравнение механических свойств в объеме металла. Анализ многочисленных источников информации [27, 101] приводит к выводу о том, что при осесимметричном удлинении титановых сплавов в состоянии ГЦК – решетки образуется три возможных варианта текстуры: радиальная, тангенциальная и радиально-тангенциальная. Различными авторами предложены методы управления текстурой. Например, корпорация WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION получила патент США № US4765174 [38] на способ обработки металлического трубного материала, имеющего ГПУ - структуру. Предложенное техническое решение включает ступени обработки, по крайней мере, одним обжатием и одним отжигом, причем предусмотрены процедуры, направленные на формирование радиальной текстуры, заключающиеся в том, что для предпочтительной ориентации кристаллитов следует применять предпочтительно деформации укорочения в операции раздачи трубных заготовок методом гидростатического прессования. Это приводит к увеличению параметра Кернса fr [39] выше 0,6(вместо 0,3 для нетекстурованного состояния), что говорит о предпочтительной ориентации нормалей к базовым плоскостям в радиальном направлении. Более подробная информация об определении параметров Кернса изложена в книге [35].
На рисунке 3.1,а в цилиндрической системе координат rq z показано желательное направление ориентации ГПУ - решетки в металле при тангенциальной текстуре, а на рисунке 3.1, б - при радиальной. Текстура оказывается значимым фактором при использовании прутков и труб в атомной энергетике, поскольку от нее зависит целый ряд свойств, включая физические, механические и химические характеристики.
Описанный выше пример реализации технологии обработки давлением, учитывающей приемы управления текстурой касается производства трубных заготовок. Таким образом, признанным фактом является то, что при деформации полых заготовок имеются возможности изменять соотношения между радиальными и тангенциальными компонентами тензора деформаций.
Оптимизация начальной формы заготовки
Технически чистый титан и альфа-сплавы титана имеют гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку (далее ГПУ- решетка). Известно, что материалы в состоянии ГПУ - решетки обладают повышенной анизотропией свойств[112]. Большой объем титана и сплавов применяется в промышленности в виде полых заготовок. Например, в трубах из титановых сплавов стараются получить радиальную текстуру металла, что объясняется их лучшей стойкостью против развития трещин.
В дальнейшем для пояснения ситуаций, связанных с текстурованным состоянием будет использовано понятие параметров Кернса [39, 113]. На предприятиях, производящих изделия из титана, эти параметры в некоторых случаях стали применяться в качестве величин, определяющих качество продукции.
Сами параметры оценивают текстурованность продукции [114, 33]. Для автоматизированного расчета параметров Кернса разработано программное обеспечение на основе обработки полюсных фигур [115]. Описаны неоднородности распределения деформаций, описывающих процесс прессования труб [108], в том числе тензорных характеристик деформации [116] и их связи с параметрами текстуры [117]. Обосновано влияние параметров анизотропии на формоизменение полой заготовки из титанового сплава в операциях холодной обработки [29, 118] с упором на более интенсивное перетекание деформируемого материала в тангенциальном направлении при наличии радиальной текстуры, что позволяет снизить разнотолщинность готовой продукции.
Управление параметрами Кернса в процессах производства Известны некоторые усовершенствования в технологии производства продукции в состоянии гексагональной плотноупакованной решетки. Например. в описании к патенту [38] фирмы Westinghouse Electric Corporation предложено использовать операцию уменьшения диаметра трубы с одновременным уменьшением толщины стенки. Это приводит к достижению деформации сжатия в радиальном направлении (sr 0) и такую же деформацию сжатия в тангенциальном направлении(є 0) при наличии деформации растяжения вдоль длины заготовки(є2 0). Наличие деформации сжатия в радиальном направлении приводит к формированию радиальной текстуры и увеличению параметра Кернса fr с 0,33, характерного для нетекстурованного состояния, до 0,5.
В описании к патенту, однако, отмечается, что лучшим вариантом является формирование схемы деформации сжатия в радиальном направлении (sr 0) и деформации растяжения в тангенциальном направлении(є 0). Это достигается применением операции увеличения диаметра трубы с уменьшением толщины стенки. Наличие такой схемы деформированного состояния позволяет сформировать более острую радиальную текстуру в заготовке и увеличить параметр Кернса, отвечающий за радиальную составляющую.
В частности, с использованием описанного приема удается увеличить параметр Кернса в радиальном направлении до величины 0,66. Это достижение сделано благодаря тому, что реализована схема деформированного состояния, в которой имеется лишь одна деформация сжатия (при двух деформациях растяжения), которая направлена именно вдоль радиуса заготовки. Этими исследованиями установлено, что при обжатии с логарифмической степенью деформации по стенке г = - є = - 0,1 параметр Кернса/ повышается на величину 0,12.
Компанией Sandvik Special Metals предложен способ производства титановых труб [37], направленный на обработку титановых сплавов в состоянии гексагональной плотноупакованной решетки с радиально ориентированной текстурой. Способ включает плоскую прокатку штрипсовой (листовой) заготовки, свертывание ее в трубу, скрепление кромок продольной сваркой. Сущность этого технического решения состоит в том, что при плоской прокатке создается схема деформированного состояния, в которой по толщине листовой заготовки создается деформация сжатия, а по длине заготовки - деформация растяжения. По ширине заготовки деформации отсутствуют вследствие наличия схемы плоской деформации и отсутствия уширения. Для металлов с ГПУ-решеткой текстура создается в направлении действия деформаций сжатия. Поскольку при прокатке деформации сжатия направлены по толщине заготовки, то после свертывания трубы эти деформации превратились в радиальные, что привело к созданию радиально направленной текстуры. Роль направления деформации в формировании текстуры при плоской прокатке титановых сплавов обсуждалась также в работе [119].
Альтернативная схема производства полых заготовок
Однако в способе Sandvik Special Metals имеется определенный недостаток, заключающийся в невозможности сохранения текстурованного состояния по длине окружности трубы из-за наличия продольного сварочного шва, в котором радиальная текстура не сформирована. Кроме того, продольный шов плохо сопротивляется действию тангенциальных напряжений, возникающих при использовании полых заготовок под действием сред высокого давления(например, баллонов) а именно в этом часто заключается предназначение этих заготовок. Во всяком случае, признано, что сварка может применяться как способ производства титановых полых заготовок необходимого качества. Чтобы исправить недостаток способа предлагается несколько иная технологическая схема производства[1 20].
Она состоит в том, что на первом этапе получают заготовки в виде колец (рисунок 3.19,а), на втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации с уменьшением толщины стенок колец и получением колец увеличенного диаметра (рисунок 3.19,б). Полые заготовки можно изготавливать в форме колец с использованием известных методов обработки металлов давлением, например, метода прессования или метода кузнечной прошивки и последующей резкой на мерные длины.
При прокатке колец (рисунок 3.19,в) достигается деформация удлинения в тангенциальном направлении (є 0), деформация сжатия в радиальном направлении (sr 0), а деформация удлинения в высотном направлении отсутствует (sz=0). Таким образом, в этой схеме деформированного состояния существуют одна деформация удлинения и одна укорочения. При этом радиальная текстура формируется вдоль оси укорочения, т.е. именно в нужном радиальном направлении (рисунок 3.20). Уменьшение толщины стенок колец и получение колец увеличенного диаметра, можно осуществлять прокаткой на кольцепрокатном стане. Для достижения того же результата в виде заданного соотношения деформаций возможно использование схемы ковки на оправке на кузнечном оборудовании, что отражено схематично на рисунке 3.21.
После сварки заготовок встык сварной шов получается не вдоль продольного направления, а вдоль поперечного направления, не опасного с позиции разрушения от действий тангенциальных напряжений. Кроме того, в этом случае нет нарушения полученной предварительно текстуры по длине окружности полой заготовки, поскольку сварочный шов направлен не вдоль оси заготовки, а выполнен в поперечном направлении.
Изменение ориентации кристаллической решетки в этом случае можно проследить по рисунку 3.22. При плоской прокатке толщина листа изменяется от величины Я0 (рисунок 3.22,а) до толщины Нх (рисунок 3.22,б). При этом создается преимущественная ориентация кристаллитов ГПУ решетки с расположением основания призмы в плоскости прокатки (рисунок 3.22,в). Благоприятствует такому переходу наличие одной деформации сжатия єя = -1п(Я0/Яі), она направлена вдоль толщины листа и является отрицательной величиной. Изменения ширины листа при плоской прокатке не происходит, поэтому деформация вдоль ширины листа &в = 0. Тогда из условия постоянства объема следует, что деформация удлинения в направлении прокатки равна деформации сжатия sL = 1п(Я0/Яі), она положительна. Для формирования острой текстуры желательно наличие одной деформации сжатия, и здесь это условие выполняется.
Это же условие выполняется, если полую заготовку (рисунок 3.22,г) деформировать с утонением стенки без уменьшения диаметра (рисунок 3.22,е). Оно обычно не выполняется в процессах прессования труб: здесь уменьшается как толщина стенки, так и диаметр. Поэтому предпочтительно применять процессы иного типа: это предложенные процессы кольцевой прокатки или ковки кольца, они, впрямую направлены на утонение стенки, при этом габариты ширины кольца не подвергаются изменению, т.е. эти процессы устроены аналогично процессу плоской прокатки, с достижением необходимого разворота текстуры. На рисунке 3.22,в и рисунке 3.22,д показан разворот преимущественной ориентации кристаллитов.
