Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования

Приведены результаты экспериментального исследования равноканального углового (РКУ) прессования спеченных пористых заготовок из порошка меди ПМС-1. С применением прямых и косвенных экспериментальных методов (координатных сеток и оценки твердости) изучены форма очага деформации, распределение плотнос...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Физика и техника высоких давлений
Date:2011
Main Authors: Баглюк, Г.А., Рябичева, Л.А., Рябовол, Т.А., Курихин, В.С.
Format: Article
Language:Russian
Published: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2011
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69488
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования / Г.А. Баглюк, Л.А. Рябичева, Т.А. Рябовол, В.С. Курихин // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 4. — С. 122-129. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859716852980121600
author Баглюк, Г.А.
Рябичева, Л.А.
Рябовол, Т.А.
Курихин, В.С.
author_facet Баглюк, Г.А.
Рябичева, Л.А.
Рябовол, Т.А.
Курихин, В.С.
citation_txt Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования / Г.А. Баглюк, Л.А. Рябичева, Т.А. Рябовол, В.С. Курихин // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 4. — С. 122-129. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Физика и техника высоких давлений
description Приведены результаты экспериментального исследования равноканального углового (РКУ) прессования спеченных пористых заготовок из порошка меди ПМС-1. С применением прямых и косвенных экспериментальных методов (координатных сеток и оценки твердости) изучены форма очага деформации, распределение плотности и накопленной деформации по продольному сечению образцов. Показана существенная неравномерность распределения плотности и накопленной деформации по сечению образцов, что проявляется в наличии повышенных значений твердости в зоне очага деформации и соответственно их пониженных значений в застойной и концевой зонах. Наведено результати експериментального дослідження рівноканального кутового (РКК) пресування спечених пористих заготовок із порошку міді ПМС-1. Із застосуванням прямих і непрямих експериментальних методів (координатних сіток і оцінки твердості) вивчено форму середовища деформації, розподіл щільності й накопиченої деформації по поздовжньому перетині зразків. Показано істотну нерівномірність розподілу щільності й накопиченої деформації по перетині зразків, що проявляється в наявності підвищених значень твердості в зоні середовища деформації й відповідно їхніх знижених значень у застійній і кінцевій зонах. The results of experimental investigation of equal-channel angular (ECA) pressing of sintered porous billets made of copper powder PMS-1 are presented. The shape of deformation zone, distribution of density and accumulated deformation were investigated using direct and indirect methods (coordinate grids and hardness estimation) at the longitudinal section of samples. A substantial non-uniformity in distribution of density and accumulated deformation at section of samples is demonstrated that appears in presence of increased hardness values within the deformation zone and their reduced values in the stagnation and end zones of the sample, respectively.
first_indexed 2025-12-01T08:12:42Z
format Article
fulltext Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 © Г.А. Баглюк, Л.А. Рябичева, Т.А. Рябовол, В.С. Курихин, 2011 PACS: 81.40.–z Г.А. Баглюк1, Л.А. Рябичева2, Т.А. Рябовол2, В.С. Курихин1 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРИСТЫХ ЗАГОТОВОК ПОСЛЕ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ 1Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины ул. Кржижановского, 3, г. Киев, 03142, Украина E-mail: gbag@rambler.ru 2Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля кв. Молодежный, 20а, г. Луганск, 91034, Украина E-mail: ryabic@gmail.com Статья поступила в редакцию 18 марта 2011 года Приведены результаты экспериментального исследования равноканального углово- го (РКУ) прессования спеченных пористых заготовок из порошка меди ПМС-1. С применением прямых и косвенных экспериментальных методов (координатных сеток и оценки твердости) изучены форма очага деформации, распределение плотности и накопленной деформации по продольному сечению образцов. Показа- на существенная неравномерность распределения плотности и накопленной де- формации по сечению образцов, что проявляется в наличии повышенных значений твердости в зоне очага деформации и соответственно их пониженных значений в застойной и концевой зонах. Ключевые слова: интенсивная пластическая деформация, равноканальное угловое прессование, пористость, координатная сетка, спеченная заготовка Введение В последние годы использование методов интенсивной пластической де- формации (ИПД) для получения объемных наноструктурных металлов и сплавов с ультрамелкозернистой (УМЗ) структурой в субмикрокристалличе- ском или нанокристаллическом диапазонах становится одним из наиболее актуальных направлений современного материаловедения [1–6]. Такие УМЗ-металлы и сплавы рассматриваются как перспективные конструкцион- ные и функциональные материалы нового поколения, что является причи- ной растущего интереса к развитию методов ИПД, позволяющих формиро- вать УМЗ-структуры, которые принципиально изменяют свойства металлов и сплавов за счет обеспечения сочетания их высокой прочности и пластич- ности. Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 123 Несмотря на активное развитие в последующие годы некоторых новых методов ИПД (винтовая и уширяющая экструзия, равноканальная многоуг- ловая экструзия, деформация по схеме «песочные часы» и др. [7]), РКУ-прес- сование остается наиболее широко применяемым и изучаемым методом. Ре- зультаты исследований последних лет показали, что РКУ-прессование мож- но успешно использовать для получения однородных УМЗ-микроструктур в различных металлических материалах. Однако в подавляющем количестве работ, посвященных вопросам изучения процессов РКУ-прессования, основным объектом исследований служили компактные материалы, полученные с применением традиционных методов литейного передела, тогда как возможности использования РКУ- прессования для изготовления материалов с ультрадисперсной структурой из широкого класса пористых порошковых и композиционных материалов также вызывает несомненный интерес. При этом следует учесть, что процессы деформирования пористых заготовок ввиду наличия исходной пористости последних характеризуются большим числом степеней свободы по сравнению с деформированием компактных материалов, что предопреде- ляет необходимость дополнительного учета эволюции распределения плот- ности в процессе прессования. Целью настоящей работы было исследование с применением прямых и косвенных экспериментальных методов формы очага деформации, распределения плотности и степени накопленной деформации в образцах, полученных РКУ-прессованием спеченных пористых заготовок из медного порошка. Материалы и методы исследований В качестве исходного материала для пористых заготовок использовали порошок медный стабилизированный марки ПМС-1 (ГОСТ 4960–75) фрак- ции 100 μm, изготовленный электролитическим методом. Форма частиц по- рошка дендритная; насыпная плотность 1.8 g/сm3. Исходные заготовки, полученные по схеме двустороннего прессова- ния, имели размеры поперечного сечения 15 × 15 mm и длину 60 mm. После прессования заготовки спекали в электрической печи сопротив- ления при температуре 950°C с выдержкой 60 min в среде синтез-газа. Средняя по объему относительная плотность спеченных заготовок со- ставляла 0.75–0.85. Деформирование спеченных заготовок выполняли в пресс-форме для РКУ-прессования, конструктивная схема которой приведена на рис. 1. Соб- ственно РКУ-прессование выполняли на гидравлическом прессе модели ПД-476 усилием 1600 kN. Для уменьшения влияния трения на внешнюю по- верхность на заготовки и на внутреннюю поверхность каналов матрицы на- носили смазку из смеси порошка дисульфида молибдена с машинным мас- лом. Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 124 Оценку деформированного состояния заготовки в процессе прессования осу- ществляли методами координатных сеток и оценки распределения твердости в плоскости вертикального продольного сечения деформированных заготовок. Для этого перед деформированием проводили порезку заготовок в про- дольном направлении и на одну из частей наносили координатную сетку с размером ячейки 2.5 × 2.5 mm. В процессе деформирования координатная сетка изменяла форму своих ячеек, что позволяло визуально оценить кине- матику деформации в процессе прессования в разных зонах заготовки. Результаты исследований и их обсуждение Как показали результаты эксперимен- тов, при РКУ-прессовании пористых спеченных заготовок с использованием известной схемы деформации (рис. 1) не удается обеспечить стабильное получе- ние бездефектных прессовок при любых значениях исходной пористости заготовок (10–25%). Как видно из макрофотогра- фий деформированных деталей (рис. 2,а), в исходной части заготовки наблюдается существенная неравномерность дефор- мации, которая сопровождается появле- нием макротрещин под углом, близким к 45° относительно нижней контактной по- верхности горизонтальной части рабоче- го канала матрицы. На свободной поверхности исходной зоны заготовки наблюдаются растя- гивающие напряжения (подобные растягивающим напряжениям на боковой поверхности заготовок, подвергающихся свободной осадке при наличии а б Рис. 2. Внешний вид деформированных заготовок (а) и координатной сетки на продольном сечении заготовки (б) после РКУ-прессования Рис. 1. Схема РКУ-прессования по- ристых заготовок Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 125 контактного трения), которые приводят к появлению вторичной пористости в зонах, прилегающих к концевой свободной поверхности деформированной заготовки. Происходит коалесценция отмеченной вторичной пористости в поверхностные микро- и макротрещины (рис. 2,б). Причиной отмеченных эффектов является отрицательное влияние контакт- ных явлений, которые наблюдаются в зоне контакта нижней поверхности де- формируемой заготовки с неподвижными элементами прессовой оснастки, главным образом – с нижней стенкой горизонтального выходного канала мат- рицы. При этом отрицательное влияние контактных явлений полностью не нейтрализуется даже при наличии смазывающего слоя, который наносился на внутренние рабочие поверхности матрицы и на поверхность заготовок. В то же время в левом нижнем углу прессовки, деформированной по схе- ме РКУ-прессования, отчетливо видна застойная зона (рис. 2,б), граница ко- торой является границей разрыва касательных компонент скорости дефор- маций вдоль пластической области [1]. С целью анализа распределения пористости и степени накопленной де- формации материала по продольному сечению заготовки, которая подверга- лась РКУ-прессованию, осуществляли замеры твердости по Бринеллю по площади продольного сечения с шагом 5 mm (рис. 3). Принимая во внимание то, что ве- личина твердости в каждой точке деформированной заготовки из по- ристого материала при прочих рав- ных условиях определяется локаль- ным значением плотности и степе- нью накопленной деформации мате- риала основы, замеры твердости проводили как непосредственно по- сле РКУ-прессования, так и после дальнейшего отжига отпрессованных заготовок в среде аргона при 600°С. Результаты замеров твердости по сечению заготовки приведены на рис. 4. Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы, кото- рые коррелируют также и с результатами анализа изменения координатной сетки (см. рис. 2,б). Как видно из рис. 4,а,б, концевая зона заготовки (ячейки X(11–12); Y(1–3)) отличается существенно меньшими значениями твердости по сравнению с центральными зонами вследствие отсутствия подпора на вы- давливаемую часть прессовки и, как результат, низкого уровня компонент шаровой составляющей тензора напряжений в этой зоне прессовки. Застойная – нижняя угловая (ячейки X(1–2); Y(1–2)) часть заготовки имеет по- ниженные значения твердости как в деформированном, так и отожженном со- стояниях (рис. 4,а,б). Максимальная твердость проявляется в области, относящей- ся к очагу деформации, и примыкающих к нему зонах (ячейки X(3–6); Y(2–3)), что объясняется повышенным уровнем значений компонент шаровой составляющей тензора напряжений в этой зоне и значительными сдвиговыми деформациями. Рис. 3. Схема замера твердости по продольному сечению заготовки после РКУ-прессования Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 126 Рис. 4. Распределение твердости по Бринеллю (MPa, ×0.1) по продольному сечению заготовки после РКУ-прессования HBp (а), последующего отжига HBann (б) и раз- ность ΔHB = HBp – HBann значений твердости после прессования и отжига (в) В то же время нижний, приконтактный относительно нижней плоскости полости матрицы слой выходной зоны (X(1–7); Y1) имеет несколько мень- шую твердость по сравнению с вышерасположенными слоями вследствие затрудненной деформации в области этого слоя в результате действия сил приконтактного трения. Соответствующие сдвиговые напряжения приводят к локализации зоны деформации, которая вызывает появление разрыва скоростей деформации в горизонтальном направлении по высоте заготовки и сопровождается образо- ванием трещины под углом, близким к 45° относительно нижней горизон- тальной плоскости полости матрицы. Обращают на себя внимание достаточно высокие значения твердости, коррелирующей с локальной плотностью, в верхней части отожженной де- формируемой заготовки, расположенной над застойной зоной (Х(1–2); Y4). Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 127 Это может быть следствием повышенных значений сопротивления истече- нию металла и соответственно вертикальной компоненты тензора напряже- ний, обусловленной наличием нижерасположенной жесткой застойной зоны. Особый интерес вызывает также степень накопленной деформации мате- риала основы в разных ее зонах, которую в первом приближении можно принять коррелирующей с локальными значениями разности ΔHB значений твердости в заготовках непосредственно после РКУ-прессования HBp и заго- товках после дальнейшего отжига HBann. Анализ рис. 4,в показывает, что если в области очага деформации (ячейки X(3–5); Y(2–3)) эта разность достигает 750–900 MPa, в застойной зоне (ячей- ки X(1–2); Y(1–2)) – 460–670 MPa, то в концевой зоне – лишь 200–370 MPa. Обращает на себя внимание тот факт, что в зоне заготовки, которая распо- ложена под вертикальным деформирующим пуансоном (X(1–4); Y(1–4)), на- блюдается монотонное увеличение значения ΔНВ от задней торцевой верти- кальной стенки (Х = 0) к концевой зоне на всех горизонтальных уровнях прессовки. Следует отметить, что полученные экспериментальные данные достаточ- но хорошо коррелируют с результатами численного моделирования процес- са РКУ-прессования спеченных пористых заготовок, представленными в [8]. Выводы При использовании традиционной схемы РКУ-прессования пористых спеченных заготовок не удается обеспечить стабильное получение безде- фектных прессовок вследствие существенной неравномерности деформации, которая сопровождается появлением макротрещин под углом, близким к 45° относительно нижней контактной поверхности горизонтальной части рабо- чего канала матрицы. Концевая зона выдавливаемой заготовки отличается повышенным значе- нием пористости по сравнению с центральными зонами ввиду низкого уров- ня компонент шаровой составляющей тензора напряжений в этой области. Полученные результаты приводят к выводу о необходимости применения при РКУ-прессовании пористых материалов систем противодавления на вы- давливаемый участок заготовки, а также, вероятно, схем деформации с ис- пользованием активных сил трения. 1. В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов, Д.А. Павлик, В.Ф. Малышев, Процессы пластического структурообразования металлов, Навука и тэхника, Минск (1994). 2. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин- тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000). 3. H.S. Kim, Y. Estrin, M.B. Bush, Acta Mater. 48, 493 (2000). 4. М.И. Мазурский, Ф.У. Еникеев, КШП № 7, 15 (2000). Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 128 5. Properties and nanostructures of materials processed by SPD techniques, Ultrafine Grained Materials II, Y.T. Zhu, T.G. Langdon, R.S. Mishra, S.L. Semiatin, M.J. Sa- ran, T.C. Lowe (eds.), TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) (2002). 6. М.В. Дегтярев, Л.М. Воронова, В.В. Губернаторов, Т.И. Чащухина, ФММ 90, № 6, 83 (2000). 7. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, Д.В. Орлов, С.Г. Сынков, Винтовая экструзия – процесс накопления деформации, ТЕАН, Донецк (2003). 8. А.П. Майданюк, М.Б. Штерн, Г.А. Баглюк, Л.А. Рябичева, Е. Олевский, Удоско- налення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні, Краматорськ (2008). Г.А. Баглюк, Л.О. Рябічева, Т.О. Рябовол, В.С. Куріхін ДОСЛІДЖЕННЯ ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПОРИСТИХ ЗАГОТОВОК ПІСЛЯ РІВНОКАНАЛЬНОГО КУТОВОГО ПРЕСУВАННЯ Наведено результати експериментального дослідження рівноканального кутового (РКК) пресування спечених пористих заготовок із порошку міді ПМС-1. Із застосу- ванням прямих і непрямих експериментальних методів (координатних сіток і оцінки твердості) вивчено форму середовища деформації, розподіл щільності й на- копиченої деформації по поздовжньому перетині зразків. Показано істотну нерівномірність розподілу щільності й накопиченої деформації по перетині зразків, що проявляється в наявності підвищених значень твердості в зоні середовища де- формації й відповідно їхніх знижених значень у застійній і кінцевій зонах. Ключові слова: інтенсивна пластична деформація, рівноканальне кутове пресу- вання, поруватість, координатна сітка, спечена заготовка G.А. Baglyuk, L.A. Ryabicheva, T.A. Ryabovol, V.S. Kurikhin INVESTIGATION OF DEFORMED STATE OF POROUS BILLETS AFTER EQUAL-CHANNEL ANGULAR PRESSING The results of experimental investigation of equal-channel angular (ECA) pressing of sintered porous billets made of copper powder PMS-1 are presented. The shape of defor- mation zone, distribution of density and accumulated deformation were investigated us- ing direct and indirect methods (coordinate grids and hardness estimation) at the longitu- dinal section of samples. A substantial non-uniformity in distribution of density and ac- cumulated deformation at section of samples is demonstrated that appears in presence of increased hardness values within the deformation zone and their reduced values in the stagnation and end zones of the sample, respectively. Keywords: severe plastic deformation, equal-channel angular pressing, porosity, square grid, sintered preform Fig. 1. Scheme of ECA pressing of porous billets Физика и техника высоких давлений 2011, том 21, № 4 129 Fig. 2. The appearance of deformed samples (a) and configuration of coordinate grid at the longitudinal section (б) after ECA pressing Fig. 3. The hardness measurement scheme by longitudinal section of samples after ECA pressing Fig. 4. The distribution of hardness (Brinell hardness, MPa, ×0.1) at longitudinal section of samples after ECA pressing HBp (a), succeeding annealing HBann (б) and the differ- ence ΔHB = HBp – HBann of hardness values after ECA pressing and annealing (в)
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69488
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0868-5924
language Russian
last_indexed 2025-12-01T08:12:42Z
publishDate 2011
publisher Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
record_format dspace
spelling Баглюк, Г.А.
Рябичева, Л.А.
Рябовол, Т.А.
Курихин, В.С.
2014-10-14T18:53:24Z
2014-10-14T18:53:24Z
2011
Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования / Г.А. Баглюк, Л.А. Рябичева, Т.А. Рябовол, В.С. Курихин // Физика и техника высоких давлений. — 2011. — Т. 21, № 4. — С. 122-129. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
0868-5924
PACS: 81.40.–z
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69488
Приведены результаты экспериментального исследования равноканального углового (РКУ) прессования спеченных пористых заготовок из порошка меди ПМС-1. С применением прямых и косвенных экспериментальных методов (координатных сеток и оценки твердости) изучены форма очага деформации, распределение плотности и накопленной деформации по продольному сечению образцов. Показана существенная неравномерность распределения плотности и накопленной деформации по сечению образцов, что проявляется в наличии повышенных значений твердости в зоне очага деформации и соответственно их пониженных значений в застойной и концевой зонах.
Наведено результати експериментального дослідження рівноканального кутового (РКК) пресування спечених пористих заготовок із порошку міді ПМС-1. Із застосуванням прямих і непрямих експериментальних методів (координатних сіток і оцінки твердості) вивчено форму середовища деформації, розподіл щільності й накопиченої деформації по поздовжньому перетині зразків. Показано істотну нерівномірність розподілу щільності й накопиченої деформації по перетині зразків, що проявляється в наявності підвищених значень твердості в зоні середовища деформації й відповідно їхніх знижених значень у застійній і кінцевій зонах.
The results of experimental investigation of equal-channel angular (ECA) pressing of sintered porous billets made of copper powder PMS-1 are presented. The shape of deformation zone, distribution of density and accumulated deformation were investigated using direct and indirect methods (coordinate grids and hardness estimation) at the longitudinal section of samples. A substantial non-uniformity in distribution of density and accumulated deformation at section of samples is demonstrated that appears in presence of increased hardness values within the deformation zone and their reduced values in the stagnation and end zones of the sample, respectively.
ru
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
Физика и техника высоких давлений
Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
Дослідження деформованого стану пористих заготовок після рівноканального кутового пресування
Investigation of deformed state of porous billets after equal-channel angular pressing
Article
published earlier
spellingShingle Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
Баглюк, Г.А.
Рябичева, Л.А.
Рябовол, Т.А.
Курихин, В.С.
title Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
title_alt Дослідження деформованого стану пористих заготовок після рівноканального кутового пресування
Investigation of deformed state of porous billets after equal-channel angular pressing
title_full Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
title_fullStr Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
title_full_unstemmed Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
title_short Исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
title_sort исследование деформированного состояния пористых заготовок после равноканального углового прессования
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69488
work_keys_str_mv AT baglûkga issledovaniedeformirovannogosostoâniâporistyhzagotovokposleravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ
AT râbičevala issledovaniedeformirovannogosostoâniâporistyhzagotovokposleravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ
AT râbovolta issledovaniedeformirovannogosostoâniâporistyhzagotovokposleravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ
AT kurihinvs issledovaniedeformirovannogosostoâniâporistyhzagotovokposleravnokanalʹnogouglovogopressovaniâ
AT baglûkga doslídžennâdeformovanogostanuporistihzagotovokpíslârívnokanalʹnogokutovogopresuvannâ
AT râbičevala doslídžennâdeformovanogostanuporistihzagotovokpíslârívnokanalʹnogokutovogopresuvannâ
AT râbovolta doslídžennâdeformovanogostanuporistihzagotovokpíslârívnokanalʹnogokutovogopresuvannâ
AT kurihinvs doslídžennâdeformovanogostanuporistihzagotovokpíslârívnokanalʹnogokutovogopresuvannâ
AT baglûkga investigationofdeformedstateofporousbilletsafterequalchannelangularpressing
AT râbičevala investigationofdeformedstateofporousbilletsafterequalchannelangularpressing
AT râbovolta investigationofdeformedstateofporousbilletsafterequalchannelangularpressing
AT kurihinvs investigationofdeformedstateofporousbilletsafterequalchannelangularpressing