Особенности равноканальной многоугловой экструзии

Проанализированы различные схемы равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) и проиллюстрированы некоторые ее особенности и возможности. Предложена математическая модель процесса для оценки силового режима. Проведена оценка контактного трения при использовании жидкости высокого давления....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автори:	Спусканюк, В.З., Дугадко, А.Б., Коваленко, И.М., Матросов, Н.И., Спусканюк, А.В., Шевченко, Б.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2003
Назва видання:	Физика и техника высоких давлений
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168010
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особенности равноканальной многоугловой экструзии / В.З. Спусканюк, А.Б. Дугадко, И.М. Коваленко, Н.И. Матросов, А.В. Спусканюк, Б.А. Шевченко // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 3. — С. 85-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168010
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1680102025-02-09T22:43:45Z Особенности равноканальной многоугловой экструзии Особливості рівноканальної багатокутової екструзії Peculiarities of equal-channel multiangular extrusion Спусканюк, В.З. Дугадко, А.Б. Коваленко, И.М. Матросов, Н.И. Спусканюк, А.В. Шевченко, Б.А. Проанализированы различные схемы равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) и проиллюстрированы некоторые ее особенности и возможности. Предложена математическая модель процесса для оценки силового режима. Проведена оценка контактного трения при использовании жидкости высокого давления. Different schemes of the equal-channel multiangular extrusion (ECMAE) have been analysed, some peculiarities and potentialities have been illustrated. A mathematical model is proposed to estimate the operation forces. Contact friction has been estimated for the case of high-pressure liquid application. 2003 Article Особенности равноканальной многоугловой экструзии / В.З. Спусканюк, А.Б. Дугадко, И.М. Коваленко, Н.И. Матросов, А.В. Спусканюк, Б.А. Шевченко // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 3. — С. 85-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Ef, 81.40.-z, 81.40.Vw https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168010 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Проанализированы различные схемы равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) и проиллюстрированы некоторые ее особенности и возможности. Предложена математическая модель процесса для оценки силового режима. Проведена оценка контактного трения при использовании жидкости высокого давления.
format	Article
author	Спусканюк, В.З. Дугадко, А.Б. Коваленко, И.М. Матросов, Н.И. Спусканюк, А.В. Шевченко, Б.А.
spellingShingle	Спусканюк, В.З. Дугадко, А.Б. Коваленко, И.М. Матросов, Н.И. Спусканюк, А.В. Шевченко, Б.А. Особенности равноканальной многоугловой экструзии Физика и техника высоких давлений
author_facet	Спусканюк, В.З. Дугадко, А.Б. Коваленко, И.М. Матросов, Н.И. Спусканюк, А.В. Шевченко, Б.А.
author_sort	Спусканюк, В.З.
title	Особенности равноканальной многоугловой экструзии
title_short	Особенности равноканальной многоугловой экструзии
title_full	Особенности равноканальной многоугловой экструзии
title_fullStr	Особенности равноканальной многоугловой экструзии
title_full_unstemmed	Особенности равноканальной многоугловой экструзии
title_sort	особенности равноканальной многоугловой экструзии
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2003
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168010
citation_txt	Особенности равноканальной многоугловой экструзии / В.З. Спусканюк, А.Б. Дугадко, И.М. Коваленко, Н.И. Матросов, А.В. Спусканюк, Б.А. Шевченко // Физика и техника высоких давлений. — 2003. — Т. 13, № 3. — С. 85-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT spuskanûkvz osobennostiravnokanalʹnoimnogouglovoiékstruzii AT dugadkoab osobennostiravnokanalʹnoimnogouglovoiékstruzii AT kovalenkoim osobennostiravnokanalʹnoimnogouglovoiékstruzii AT matrosovni osobennostiravnokanalʹnoimnogouglovoiékstruzii AT spuskanûkav osobennostiravnokanalʹnoimnogouglovoiékstruzii AT ševčenkoba osobennostiravnokanalʹnoimnogouglovoiékstruzii AT spuskanûkvz osoblivostírívnokanalʹnoíbagatokutovoíekstruzíí AT dugadkoab osoblivostírívnokanalʹnoíbagatokutovoíekstruzíí AT kovalenkoim osoblivostírívnokanalʹnoíbagatokutovoíekstruzíí AT matrosovni osoblivostírívnokanalʹnoíbagatokutovoíekstruzíí AT spuskanûkav osoblivostírívnokanalʹnoíbagatokutovoíekstruzíí AT ševčenkoba osoblivostírívnokanalʹnoíbagatokutovoíekstruzíí AT spuskanûkvz peculiaritiesofequalchannelmultiangularextrusion AT dugadkoab peculiaritiesofequalchannelmultiangularextrusion AT kovalenkoim peculiaritiesofequalchannelmultiangularextrusion AT matrosovni peculiaritiesofequalchannelmultiangularextrusion AT spuskanûkav peculiaritiesofequalchannelmultiangularextrusion AT ševčenkoba peculiaritiesofequalchannelmultiangularextrusion
first_indexed	2025-12-01T12:07:08Z
last_indexed	2025-12-01T12:07:08Z
_version_	1850307596107382784
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 85 PACS: 81.40.Ef, 81.40.z, 81.40.Vw В.З. Спусканюк, А.Б. Дугадко, И.М. Коваленко, Н.И. Матросов, А.В. Спусканюк, Б.А. Шевченко ОСОБЕННОСТИ РАВНОКАНАЛЬНОЙ МНОГОУГЛОВОЙ ЭКСТРУЗИИ Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины 83114, г. Донецк, ул. Р. Люксембург, 72 Статья поступила в редакцию 20 июня 2003 года Проанализированы различные схемы равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) и проиллюстрированы некоторые ее особенности и возможности. Пред- ложена математическая модель процесса для оценки силового режима. Проведена оценка контактного трения при использовании жидкости высокого давления. Введение В последние годы большой интерес вызвали процессы обработки метал- лов давлением, которые позволяют формировать субмикрокристаллическую (СМК) структуру в изделиях, форма и размеры которых мало отличаются от таковых в исходных заготовках. Основной целью обработки заготовок при реализации таких процессов есть накопление деформаций, приводящих к же- лаемым изменениям структуры и свойств материала. Одним из наиболее эф- фективных в этом отношении способов обработки заготовок является равно- канальная угловая экструзия (РКУЭ), осуществляемая с высокой интенсив- ностью деформации сдвига Г (максимальное значение Г = 2). Авторами этой разработки сформулированы требования к структурообразованию при пластической деформации, исследована механика процессов РКУЭ, установ- лена возможность достижения аномально высоких прочностных и пластиче- ских свойств металлов при их деформационном упрочнении простым сдви- гом . Результаты исследования закономерностей процессов РКУЭ и так называемой S-образной экструзии, при которой в канале имеется две зоны пластического сдвига заготовки, приведены в 25. Нами предложен способ РКМУЭ [6], главной особенностью которого является наличие в канале не- скольких очагов (зон) сдвиговой деформации, и устройство для его реализа- ции 7. Способ обеспечивает высокопроизводительную реализацию дробно- го режима интенсивного деформирования, создание СМК-структуры металла после многоцикловой РКМУЭ заготовок [8,9]. Целесообразность использования способа и устройств многоугловой экс- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 86 трузии может быть обусловлена рядом причин. Для достижения более эффективных результатов структурообразования целесообразно повышать интенсивность разовых деформаций. Однако уве- личение последних ограничивает возможности практической обработки вы- сокопрочных материалов в связи со значительным уровнем давления экстру- зии, а малопластичных материалов – ввиду вероятного разрушения загото- вок. Кроме того, отрицательное влияние на ряд металлов оказывает разогрев заготовок вследствие большого выделения тепла при высоких интенсивно- стях деформаций. Так, рекристаллизация сильнодеформированной техниче- ской меди начинается при 200230C, а динамическое разупрочнение меди, обработанной методами интенсивной пластической деформации (ИПД),  при температуре около 180C 8,10. Поэтому целесообразным может быть ограничение разовой интенсивности деформации сдвига (Г  2), тем более, что для формирования в образцах более однородной структуры металла с более мелким зерном все равно приходится осуществлять многоцикловую экструзию заготовок. Спорным может быть вопрос о том, нужно ли несколько очагов сдвига размещать в одном канале. Целесообразность такого решения, на наш взгляд, может быть связана с повышением производительности многоцикловой экс- трузии заготовок при заведомо регламентированном наборе разовых интен- сивностей деформаций в зонах сдвига, нарастающих либо убывающих по величине по ходу продвижения заготовки через канал. Достоинством такого решения является также возможность программировать изменение направле- ния сдвига металла в очередной зоне, не полагаясь на аккуратность прессов- щика в соблюдении необходимых разворотов заготовки при многоцикловой экструзии в устройствах с одной зоной ИПД. Существенный недостаток подобных решений  увеличение поверхности контактного трения заготовок с инструментом. В связи с этим в данной ста- тье рассматриваются силовой режим процесса РКМУЭ и возможности рав- ноканальной многоугловой гидроэкструзии (РКМУГ). Схемы равноканальной многоугловой экструзии Обработка заготовок упрощается, когда входной и выходной участки ка- нала расположены вертикально, причем не обязательно соосно (рис. 1). При этом возможно использование известных устройств для загрузки заготовок в контейнер, заливки рабочей жидкости при реализации процесса в режиме гидроэкструзии, создания противодавления на выходе из канала. В связи с этим представляется целесообразным рассмотреть три основные схемы уст- ройств. В случае S-образной экструзии (рис. 1,а) имеется две зоны интенсивной пластической деформации с промежуточным участком между ними. При Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 87 а б в Рис. 1. Схемы РКМУЭ: а – S-образная; б – 3-угловая; в – 4-угловая этом углы  пересечения входного и выходного участков с промежуточным (углы изменения направления течения заготовки) обычно одинаковы и при- нимаются не более 60 25. Согласно 1 при отсутствии контактного тре- ния интенсивность деформаций сдвига в каждой зоне Г  2ctg, где  = = 0.5(  ). По другой схеме (рис. 1,б) входной и выходной участки канала вертикаль- ны и соосны, между ними расположены два наклонных участка, которые пе- ресекаются с вертикальными участками под углами 1 и 3, а угол 2 = 1 + 3. В этом случае сумма 1 + 3 не должна превышать 90 для обес- печения течения металла по каналу. При 1 = 3 = 45 получается 2 = = 90, 2 = 45, Г2  2. По третьей схеме экструзии (рис. 1,в) 1 = 2, 3 = 4, причем снимаются указанные выше ограничения на величину суммы углов пересечения заход- ного и выходного участков с наклонными, возможно 1 + 4  90, т.е. мень- ше ограничений при назначении интенсивности сдвига в зонах ИПД. Некото- рое различие имеется также в изменениях направления течения заготовки по каналу. По первым двум схемам (рис. 1,а и б) поток металла изменяет на- правление течения в очередной зоне сдвига в другую сторону, по третьей схеме (рис. 1,в) направление течения во второй и третьей зонах меняется по часовой стрелке. В разработанном устройстве  достаточно просто, путем увеличения ко- личества деформирующих втулок, можно продолжить канал с увеличением числа зон сдвиговой деформации, а их пространственное положение изме- нять, поворачивая втулки относительно вертикальной оси. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 88 Деформированное состояние Для выбора схемы и рациональных режимов РКМУЭ, обеспечивающих эффективное формирование СМК-структуры, необходимо изучение дефор- мированного состояния заготовок. Используемые аналитические оценки ос- нованы на предположении о равномерном распределении деформаций по се- чению основной части заготовки (на переднем и заднем концах распределе- ние деформаций заведомо неравномерно). В [4,5] приведены результаты ис- следования методом конечных элементов (МКЭ) распределения деформаций по поперечному сечению образцов после прохода через одноугловую матри- цу без учета сил трения. Показано, что распределение деформаций по сече- нию неравномерно, существенное влияние на уровень и неравномерность распределения деформаций оказывают условия экструзии образцов, а МКЭ позволяет получить более точные оценки. В отличие от известных данных нами проведены исследования МКЭ де- формированного состояния заготовок после РКМУЭ в матрицах различной конструкции и с учетом сил трения. В качестве примера приведено (рис. 2) распределение эквивалентной деформации  по сечению медных заготовок, РКМУЭ которых выполнена по 3-угловой схеме (см. рис. 1,б). При модели- ровании процесса приняты следующие параметры: диаметр канала 15 mm, 1 = 3 = 30, коэффициент трения f = 0.15, причем длинная заготовка одновре- менно деформируется в трех зонах сдвига. Результаты моделирования свидетельствуют о неравномерном распреде- лении деформаций по поперечному сечению заготовки, а наименьшую де- формацию претерпевают слои материала в осевой ее части. Для удобства со- поставления результатов на рис. 3 приведена зависимость эффективной де- формации  от хода заготовки в канале матрицы только для трех слоев – осевого и крайних боковых. Видно, что при прохождении зон сдвига боль- шую деформацию претерпевают слои, которые в этих зонах являются внут- ренними: слои правой поверхности – в первой зоне, левой поверхности – во второй. В третьей зоне накопленные деформации в поверхностных слоях практически выравниваются. Создание в последующих зонах сдвига жидкостного противодавления или подпора за счет деформации способствует лучшему затеканию материала в углы канала, что в конечном итоге влияет на характер распределения дефор- маций по поперечному сечению заготовки и на абсолютную величину накоп- ленной деформации. Характер структурообразования при многоугловой экструзии Характерной особенностью РКМУЭ является то, что в одном цикле экс- трузии (продавливания через канал) при относительно малых углах пересе- чения каналов (а следовательно, малых интенсивностях деформаций в каж- дой зоне) суммарная величина деформации за цикл сопоставима и может да- же превосходить таковую для одноугловой экструзии. Одновременно с этим реализация любой из рассмотренных схем РКМУЭ сопровождается измене- нием направления сдвига в очередной зоне, в том числе на противоположное. Другими словами, если рассмотреть геометрию искажения в результате про- Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 89 стого сдвига представительной квадратной ячейки, то она может поперемен- но трансформироваться по схеме: квадрат–параллелограмм–квадрат или квадрат–параллелограмм–параллелограмм–квадрат, а вписанная в квадрат окружность  по схеме: окружность–эллипсокружность или окружность– эллипс–эллипс–окружность [11]. Рис. 2. Распределение эквивалентной деформации по сечению заготовки на разных стадиях 3-угловой экструзии Рис. 3. Изменение эквивалентной деформации в зависимости от перемещения заго- товки в характерных точках поперечного сечения: 1, 2 – на боковых поверхностях, 3 – на оси С точки зрения характера структурообразования это крайне важно, по- скольку означает не что иное, как изменение знака деформации, т.е. попере- менное растяжение и сжатие материала вдоль двух взаимно перпендикуляр- ных главных осей. Отметим, что в каждой зоне эти оси претерпевают пово- рот на угол, зависящий от интенсивности деформаций, а при прохождении материала через каждую последующую зону (схемы 1,а и б) направление по- ворота осей меняется на противоположное. Это способствует эффективному дроблению структурных составляющих и изотропизации структуры в каждом цикле деформирования, сохраняя при необходимости коэффициент формы (равноосные зерна, к примеру, деформируясь, могут остаться равноосными). Изменение пространственного положения плоскости сдвига материала, как уже отмечалось, можно осуществить в одном цикле автоматически путем по- ворота на требуемый угол пары втулок, образующих соответствующую зону деформации. В одноугловой схеме такого эффекта можно достичь лишь за счет соот- ветствующего поворота заготовки между двумя циклами деформирования. При этом необходимо строго фиксировать положение плоскости сдвига по отношению к направлению течения заготовки, а, осуществляя поворот, четко контролировать угол, что в случае, например, цилиндрической формы сде- лать затруднительно. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 90 Силовой режим процессов равноканальной многоугловой экструзии и гидроэкструзии В 1 показано, что при реализации РКУЭ заготовок с обычно используе- мыми значениями 45    60, 0.5     среднее давление сдвиговой де- формации в 23 раза меньше, чем при реализации эквивалентного процесса прямого прессования. Еще большее различие может быть достигнуто при дробном режиме деформирования с углами   60. Однако эти теоретиче- ские оценки сделаны для «идеальных» процессов, т.е. без учета сил трения. Во многих известных публикациях отмечается, что силы трения оказывают определяющее влияние на давление РКУЭ. Естественно, что учет сил трения и решение проблемы снижения потерь на трение становятся особенно акту- альными для процесса РКМУЭ, при реализации которого поверхность кон- такта заготовки с инструментом может многократно увеличиваться. В данной работе оценка силового режима процесса холодной РКМУЭ проведена с учетом влияния контактного трения. Поскольку в области  = = 6080 интенсивность деформации сдвига различается при значениях ко- эффициентов трения f = 0 и f = 1 не более чем на 10%, для упрощения мате- матических выкладок принято, что во всех случаях  = 2ctg. Согласно 1 составляющая силы экструзии, необходимая для осуществ- ления сдвиговой деформации (без учета сил трения) в одной зоне:  FKR , где F – площадь поперечного сечения канала. С учетом упрочнения материала составляющая, необходимая для осуще- ствления сдвига материала в одной i-й зоне деформации, может быть оценена в виде iizi FKR  , где i  интенсивность деформаций сдвига в i-й зоне, izK  расчетное зна- чение напряжения пластического сдвига в i-й зоне. Величина izK принимает- ся равной среднегеометрическому значению напряжений сдвига металла до и после деформации в этой зоне, т.е.   iiiz KKK 1 , где iK  напряжение пластического сдвига металла после деформации в i-й зоне. Тогда составляющая силы экструзии, необходимая для осуществления сдвига металла в n зонах:      n i n i iiziizn KFKFR 1 1 ctg2 . Более точный учет влияния упрочнения металла на силу экструзии может быть сделан, если произвести интегральную оценку влияния деформации, представив кривую предела текучести в виде какой-либо функции, например B s C 0 . Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 91 Составляющая силы экструзии, необходимая для преодоления сил кон- тактного трения по стенкам канала:    n i iii lKfT 0 , где   периметр поперечного сечения канала; if , li  соответственно ко- эффициент трения и длина заготовки на участке канала после i-й зоны сдви- га. Тогда сила экструзии (без противодавления) может быть оценена в виде      n i n i iiiiiz lKfKFQ 1 0 ctg2 , а давление       n i n i iiiiiz lKf F KP 1 0 ctg2 . Считая форму участков канала между зонами сдвига цилиндрической с диа- метром D и приняв для упрощения, что коэффициент трения на всех участках одинаковый, получим      n i n i iiiiz lK D f KP 1 0 4 ctg2 . Проведены оценки коэффициента трения металла о стенки канала путем сопоставления расчетных и экспериментальных значений давления экстру- зии. При этом с целью снижения сил контактного трения деформация загото- вок осуществлена методом равноканальной гидроэкструзии. В экспериментах использован канал S-образной конфигурации (см. рис. 1,а) с диаметром цилиндрических участков, равным 18 mm. Исходные заготовки диаметром 19 mm, длиной 30 и 45 mm устанавливали в коническую матрицу, расположенную в камере перед входным участком S-образного канала, в камеру заливали рабочую жидкость и осуществляли ее сжатие подвижным плунжером. После прямой гидроэкструзии через матрицу диаметром 18 mm заготовки продавливали жидкостью высокого давления через весь канал с двумя зонами сдвига при  = 60 в каждой зоне. Экспери- менты выполнены на образцах из меди М1 (99.9% Cu), на поверхность ис- ходных заготовок предварительно наносили смазочное вещество (на основе технического воска с добавками касторового масла и канифоли), в качестве рабочей жидкости использовали индустриальное масло марки И20, скорость деформирования составляла 1 mm/s. В расчетах использована эксперимен- тально установленная кривая предела текучести меди. Давление, затрачиваемое на прямую гидроэкструзию заготовок с диаметра 19 mm на 18 mm, оценивали в виде 12:                2 tg56.1ln 2 ctg289.01 rr r RfP , Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 92 где   среднегеометрическое значение предела текучести меди в исходном состоянии и после гидроэкструзии, r  угол конусности матрицы для гид- роэкструзии, равный 20. Давление жидкости при равноканальной гидроэкструзии изменялось в за- висимости от стадии процесса, т.е. положения деформируемой заготовки в канале устройства. Давление на плунжере, сжимающем жидкость, равно PPP r max , если заготовка одновременно деформируется в уплотняющей матрице диаметром 18 mm и n зонах сдвига. Условия и результаты исследования осредненных значений коэффициен- тов трения при РКМУГ представлены в табл. 1. Накопленная степень дефор- мации сдвига заготовки (с учетом деформации в матрице диаметром 18 mm) обозначена s . Таблица 1 Условия экспериментов и результаты расчетов L, mm n s Pmax, МPа f T, % 30 1 1.37 325350 0.050.07 2025 30 2 2.53 510560 0.070.10 1624 45 2 2.53 695765 0.140.17 3844 Результаты исследования свидетельствуют об эффективности использова- ния жидкости высокого давления для реализации РКМУЭ, особенно в случае деформации относительно коротких заготовок. В результате применения сжатой жидкости повышается эффективность смазочного слоя в сравнении с условиями при механической экструзии, потери на трение зависят только от размеров заготовки, а относительная длина канала не оказывает существен- ного влияния на давление экструзии. Уровень давления определяется числом зон сдвига, в которых заготовка деформируется одновременно, интенсивно- стью деформаций сдвига и относительной длиной заготовки, определяющей размеры контактной поверхности. С увеличением длины заготовок наблюдается некоторое повышение рас- четного значения коэффициента трения (при одинаковом числе зон сдвиго- вой деформации), что объясняется ухудшением условий для проникновения жидкости в зазор между заготовкой и инструментом. Тем не менее установ- ленные значения коэффициента трения f = 0.050.17 при равноканальной гидроэкструзии существенно меньше уровня f = 0.250.50, который соответ- ствует по той же расчетной методике давлению механической равноканаль- ной экструзии заготовок длиной 3045 mm при наличии одной или двух зон с разовой интенсивностью деформаций сдвига  = 0.351.16 8. Некоторые возможности метода Прессование сплошных заготовок. Заготовки из меди М1 в виде прутков диаметром D = 15 mm и высотой H = 50 mm отжигали при температуре 550C в течение одного часа и подвергали многоцикловой РКМУЭ с тремя зонами деформации (через четыре пересекающихся участка канала при значениях 1 Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 93 = 3 = 80 и 2 = 70) с накопленной за цикл степенью деформации  = 0.82. Величину суммарно накопленной деформации за N циклов s, эквивалент- ную однородной деформации, определяли как     1 1 ctg 3 2 n i is N , где N – количество технологических циклов экструзии; i – расчетный угол в i-й зоне сдвига. Данные о характере структуры в зависимости от числа циклов и величины накопленной деформации приведены в табл. 2. В ней использованы результа- ты оптических и электронно-микроскопических исследований о характере и типе микроструктуры, соотношении максимального и минимального разме- ров зерен Lmax/Lmin, среднем размере зерна Lavg и среднем коэффициенте его формы kavg, определяемом как отношение продольного и поперечного разме- ров. Из таблицы следует, что при  = 0.82 достаточная для формирования близкой к равноосной СМК-структуры величина накопленной деформации s должна быть более 5. Деформирование составных заготовок. Составные заготовки диаметром D = 15 mm образованы сборкой центрального элемента из алюминия АД0 и трубчатой оболочки из меди М1. Условия деформирования: схема с 4 дефор- мирующими участками канала; величины деформации за цикл последова- тельно составляют: 1 = 0.62, 2 = 0.82, 3 = 1.27. После деформирования с накопленной за цикл деформации  < 1 получали изделия, качество которых свидетельствовало о равномерном характере истечения составных элементов заготовки. Предлагаемый режим позволял осуществить деформирование по схеме «заготовка за заготовкой» без каких-либо промежуточных обработок между циклами. При этом равноосная СМК-структура формировалась после многоцикловой экструзии как в центральном элементе, так и в трубчатой оболочке. Из такой заготовки путем удаления центрального элемента (сер- дечника), например, сверлением можно получать изделия в виде труб с дос- таточно правильной геометрией сечения. Таблица 2 Характер структуры меди в зависимости от числа циклов и величины накопленной деформации Число циклов s Структура Субструктура Lmax/Lmin, m Lavg, m kavg Исход- ное со- стояние  Крупнозерни- стая, близкая к равноосной Гомогенная 40/6 15.8 1.7 1 0.82 Крупнозерни- стая, неравно- осная Блочно-ячеистая 20/1 5.0 3.5 Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 94 4 3.28 Среднезерни- стая, неравно- осная Ячеистая 10/1 2.74 3.2 6 4.92 Мелкозерни- стая, близкая к равноосной Мелкоячеистая 3/0.5 1.2 2.2 23 18.9 СМК, равноосная Фрагментиро- ванная мелко- ячеистая с большеугло- выми границами 1/0.5 0.8 1.4 При режиме экструзии с накопленной за цикл деформацией  > 1 наблю- далось неравномерное истечение с опережением центрального элемента (сердечника), что указывало на необходимость увеличения прочности связи между компонентами, а силовые режимы деформирования были более высо- кими. Аналогичным образом обрабатывали составные заготовки диаметром D = 15 mm и высотой H = 50 mm, образованные из ниобий-титанового сплава НТ50 (сердечника диаметром d = 12 mm) и трубчатой оболочки из меди М1. Экструзию осуществляли с числом зон сдвига n = 3 и различными степенями деформации за цикл (1 = 0.62, 2 = 0.82 и 3 = 1.27). Результаты: при более дробных режимах деформирования (1 = 0.620.82) наблюдали сравнительно равномерную деформацию элементов составной заготовки, умеренную вели- чину давления экструзии (~ 800 MPa). Реализовано соответственно 15 и 12 циклов продавливания. При величине деформации за цикл 3 = 1.27 наблю- дали неравномерное истечение составных элементов, давление экструзии превышало 1000 МPа. Обработка волокнистых композитов. Метод РКМУЭ дает возможность деформировать и композиты. Например, обработке подвергали заготовку (H = 50 mm), состоящую из пакета (d = 12 mm) проволочных элементов, за- ключенного в общую наружную медную (М1) оболочку (D = 15 mm). Каж- дый проволочный элемент представлял собой сердечник из сплава НТ50, по- крытый слоем меди (М0б). Такую составную заготовку упрочняли много- кратной экструзией через канал с тремя зонами сдвига при величине накоп- ленной за цикл деформации i < 1. Предлагаемый способ и режимы обеспе- чивали многоцикловую обработку труднодеформируемого композита с фор- мированием СМК-структуры. Таким образом, метод РКМУЭ позволяет осуществлять обработку с фор- мированием равноосной СМК-структуры в составных заготовках и в волок- нистых композиционных материалах. Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 95 Выводы 1. Рассмотрены схемы РКМУЭ и показаны широкие возможности варьи- рования интенсивностями деформаций сдвига в отдельных очагах деформа- ции, повышения или уменьшения их в каждом очередном очаге по ходу дви- жения заготовки в канале, достижения большой накопленной степени де- формации заготовки за проход по каналу при малых интенсивностях дефор- маций в отдельных очагах. 2. Для оценки силового режима процесса РКМУЭ предложена математи- ческая модель процесса. 3. Показано, что недостаток способа равноканальной экструзии, связан- ный с большими потерями на трение, особенно значительными в устройствах для многоугловой экструзии, преодолевается при реализации процесса в ре- жиме гидроэкструзии. При продавливании заготовки с помощью жидкости высокого давления повышается эффективность смазочного слоя, потери на трение зависят от длины заготовки, а не канала. В сопоставимых экспери- ментах осредненный по длине канала расчетный коэффициент трения при гидроэкструзии составлял f = 0.070.17, а при механической экструзии  f = = 0.250.50. 4. Метод РКМУЭ обеспечивает возможности многоцикловой обработки сплошных, составных и волокнистых композиционных заготовок с формиро- ванием равноосной СМК-структуры во всех составных элементах. 5. Целесообразность применения устройств для РКМУЭ может быть обу- словлена повышением производительности многоцикловой экструзии, необ- ходимостью снижения разовых интенсивностей деформаций высокопрочных либо малопластичных материалов, возможностью обеспечения строго регла- ментированного чередования величин интенсивностей и направлений сдвига для направленного формирования структуры материала. 1. В.М. Сегал, В.И. Резников, А.Е. Дробышевский, В.И. Копылов, Металлы № 1, 115 (1981). 2. Z.Y. Liu, Z. Wang, E. Wang, Mater. Sci. Eng. A262, 137 (1991). 3. Z.Y. Liu, Z. Wang, J. Mater. Proc. Technol. 94, 193 (1999). 4. H.S. Kim, Mater. Sci. Eng. A315, 122 (2001). 5. H.S. Kim, M.H. Seo, S.I. Hong, J. Mater. Proc. Technol. 113, 622 (2001). 6. А.Б. Дугадко, Н.И. Матросов, В.Н. Варюхин, В.З. Спусканюк, В.А. Белошенко, Э.А. Медведская, А.А. Давиденко, Б.А. Шевченко, Заявка на патент Украины ¹ 2003043401 от 15.04.2003 г. 7. Э.А. Медведская, Н.И. Матросов, А.Б. Дугадко, В.З. Спусканюк, В.А. Белошенко, Б.А. Шевченко, Патент Украины № 58015А, Опубл. 15.07.2003 г., Бюл. №7 8. В.Н. Варюхин, В.З. Спусканюк, Н.И. Матросов, А.Б. Дугадко, Б.А. Шевченко, Э.А. Медведская, Л.Ф. Сенникова, А.В. Спусканюк, Е.А. Павловская, ФТВД 12, № 4, 31 (2002). 9. В.А. Белошенко, Э.А. Медведская, Н.И. Матросов, В.З. Спусканюк, Б.А. Шевченко, А.Б. Дугадко, ФТВД 13, № 1, 121 (2003). 10. Б.А Колпачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов, Металловедение и термическая обработ- ка цветных металлов и сплавов, МИСИС, Москва (2001). 11. В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов, Д.А. Павлик, В.Ф. Малышев, Процессы пластического структурообразования металлов, Наука и техника, Минск (1994). 12. А.П. Гетманский, Я.Е. Бейгельзимер, А.И. Гулак, Ю.А. Палант, Н.А. Кулеско, ФТВД вып 5, 70 (1981). Физика и техника высоких давлений 2003, том 13, № 3 96 V.Z. Spuskanyuk, A.B. Dugadko, I.M. Kovalenko, N.I. Matrosov, A.V. Spuskanyuk, B.A. Shevchenko PECULIARITIES OF EQUAL-CHANNEL MULTIANGULAR EXTRUSION Different schemes of the equal-channel multiangular extrusion (ECMAE) have been ana- lysed, some peculiarities and potentialities have been illustrated. A mathematical model is proposed to estimate the operation forces. Contact friction has been estimated for the case of high-pressure liquid application. Fig. 1. Schemes of ECMAE: а – S-shaped; б – three-angular; в – four-angular Fig. 2. Distribution of equivalent deformation over billet section for different stages of three-angular extrusion Fig. 3. Changes in equivalent deformation, depending on billet travel, in typical points of cross-section: 1, 2 – on lateral surfaces, 3 – on the axis ОСОБЕННОСТИ РАВНОКАНАЛЬНОЙ �МНОГОУГЛОВОЙ ЭКСТРУЗИИ PECULIARITIES OF EQUAL-CHANNEL MULTIANGULAR EXTRUSION

Особенности равноканальной многоугловой экструзии

Репозитарії

Схожі ресурси