Введение к работе
Актуальность темы: Экспериментально-теоретические исследования в области сверхпластичности (СП), проведенные в последнее десятилетие, показали, что многие вопросы феноменологической теории сверхпластической деформации (СПД) должны рассматриваться с позиций комплексного подхода к макродеформации . Этот подход предполагает учет не только исходных значений геометрических характеристик деформируемого объекта, реологических параметров и микроструктуры металла, но и их изменение в процессе формоизменения, связанного преимущественно с деформацией растяжения. При этом важное значение имеет расширение области описания темпе-ратурно-скоростных и структурно-кинетических режимов СПД в достаточно широком диапозоне. Таким образом актуальным для теории обработки металлов давлением является далнейшее развитие представлений о феноменологии СП на базе такого подхода.
С другой стороны, к числу технологий, наиболее полно реализующих преимущества оверхпластической деформации при растяжении, относится листовая сверхпластическая формовка (СПФ) слон-нопрофильных полых деталей с поверхностным рельефом. Работы, выполненные ранее за рубежом и в России по СПФ некоторых видов изделий из сверхпластичных сплавов, показали реальную практическую возможность и достаточно высокую эффективность применения новой технологии на базе сверхпластичности. В токе время появились промышленно выпускаемые сверхпластичные сплавы ( например, латунь Л63 с повышенным содержанием кремния), для которых характерна низкая термическая стабильность структуры, и структурные изменения при СПД оказывают заметное влияние на режимы СПФ и качество получаемых изделий. Существующие модели для расчета формоизменения и режимов СПФ как правило не учитывают эти особенности. Очевидно, что вопроси совершенствования методик расчета и рационализации режимов СПФ для структурно неустойчивых ультрамелкозернистах (УМЗ) материалов непосредственно связаны с общими закономерностями феноменологической теории СПД.
Решению части данных вопросов посвящена настоящая диссертация, в которой содержится новое решение актуальной научно - технической задачи исследования закономерностей феноменологических и структурних изменений при растяжении для разработки режимов сверхпластической формовки слонгопрофильных изделий по-
судной группы из листовой латуни с ,УМЗ структурой.
Настоящая работа является частью комплекса исследований по разработке основ теории и технологии процессов сверхпластического деформирования (СЦЦ), проводимых Московским институтом стали и сплавов в соответствии с государственной научно-технической программой "Технологии, машини и производства будущего", проект 0.06.01.0014 "Разработка и освоение новых ресурсосберегающих технология и машин для организации интегрированных производств по выпуску товаров народного потребления, изделий и оборудования медицинского назначения, базирующихся на использовании сверхпластичности".
Цель работы: На основе экспериментального исследования структурных изменений и реологических свойств при нагреве и СДД сверхпластичной латуни Л63, экспериментального и компьютерного моделирования процессов растяжения и СПФ сложнопрофильных деталей разработать методические основы для расчета технологических режимов СПФ для производства изделий с декоративным рельефом и повышенными потребительскими свойствами.
При выполнении работы решались следующие задачи:
1. Исследовать и количественно описать структурные и реоло
гические характеристики листовой промышленно выпускаемой сверх-
пластачной латуни при нагреве и СПД в широком температурном
диапазоне.
2. Разработать методику, математическую и компьютерную
модель для расчета и имитационного моделирования процесса растя
кения с изменяющимися режимами СПД.
3. Провести экспериментальное исследование и компьютерное
моделирование процесса растяжения и СПФ для условий нестабильной
мэлкозернистой структуры латуни.
4.- Опробовать результати, полученные при исследовании одноосного растяжения при расчете режимов СПФ методом конечных элементов (МКЭ) с помощью прикладного пакета SPLEH-0 и дать рекомендации для его усовершенствования.
5. Провести технико - экономическую оценку эффективности разработанных режимов СПФ для производства изделий типа "самовар электрический"
Научная новизна.
I. Для листоьой латуни ЛБЗ с 0,13 % si с исходной мелкозернистой структурой в диапазоне температур 450 - 720 С иселодо-
ванн характеристики структуры при нагреве и СЩ и получены количественные теоретические зависимости для расчета обобщенного структурного параметра и скорости его роста в зависимости от температуры, времени нагрева и скорости деформации при СПД.
2. На основе экспериментальных исследований аналитически
описпнн реологические характеристики СПД и определены значения
параметров уравнений нелинейной вязкости и SP-среды с термичес
кими поправочными множителями Зенера-Холломона по отношению к
оптимальной температуре СПД.
-
На основе экспериментального и компьютерного моделирования разработана методика исследования процесса растяжения образцов с изменяемыми геометрическими , структурными и реологическими характеристиками для контролируемых и изменяемых термо-механических режимов нагрукения.
-
Усовершенствована методика рэсчета режимов СПФ с помощью МКЭ, реализованного в пакете прикладных программ SPbEH-O.
Достоверность результатов подтверждена при растяжении плоских образцов, экспериментальной лабораторной и опытной проверкой при проведении формовок и получешш деталей типа "конус", "крышка", "корпус самовара электрического".
Практическая значимость: I. Получены новый количественные данные о структурно-кинетических и реологических параметрах сверхпластичности в широком интервале температур, которые воили в базу» реологических данных и применены в расчетных моделях для анализа формоизменения и режимов СПФ.
2. Разработан пакет прикладних програмі для моделирования и исследования процесса растяжения образцов из листовых сверхпластичных материалов с изменяющейся газ структурой.
-
Уточнены технологические режимы СПф при изготовлеіши деталей изделия "Самовар", которые использованы в производстве.
-
Разработаны технические требования для усовершенствования прикладного пакета программ "SPLEN-0", учитывающие возможность расчета режимов и формоизменения оболочек при СПФ для материалов с нестабильной при СПД структурой.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Всесоюзной научно - технической конференции "Сверхпластичность неорганических материалов", Уфа, 1992; и на международной конференции ICSAM-94, Москва, 1994.
Публикации. По диссертации опубліковано 3 печатных работы.
Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, изложена на Y3i страницах машинописного текста, содержит ^-рисунка, {""таблиц, библиографический список из "/&/ наименований и приложения.