Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката

Проведен сравнительный анализ влияния схемы прокатки и температуры спекания на прочностные и пластические характеристики, что позволило определить оптимальные условия получения качественных полос и установить влияние температуры спекания на закономерности контактообразования в изделиях, изготовленны...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Физика и техника высоких давлений
Date:	2014
Main Authors:	Воропаев, В.С., Гогаев, К.О., Подрезов, Ю.Н., Назаренко, В.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2014
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69695
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 влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката / В.С. Воропаев, К.О. Гогаев, Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 1. — С. 110-119. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69695
record_format	dspace
spelling	Воропаев, В.С. Гогаев, К.О. Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А. 2014-10-18T15:23:24Z 2014-10-18T15:23:24Z 2014 Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката / В.С. Воропаев, К.О. Гогаев, Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 1. — С. 110-119. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.−z, 61.46.w https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69695 Проведен сравнительный анализ влияния схемы прокатки и температуры спекания на прочностные и пластические характеристики, что позволило определить оптимальные условия получения качественных полос и установить влияние температуры спекания на закономерности контактообразования в изделиях, изготовленных по разным технологиям прокатки. Схема асимметричной прокатки является, несомненно, перспективной для получения листов и полос из порошков. Проведено порівняльний аналіз впливу схеми прокатки та температури спікання на міцність і пластичні характеристики, що дозволило визначити оптимальні умови одержання якісних смуг і встановити вплив температури спікання на закономірності контактоутворення у виробах, отриманих за різними технологіями прокатки. Схема асиметричної Comparative analysis of the effect of the rolling scheme and the sintering temperature on the strength and plastic properties resulted in the following conclusions: 1. Shear deformation under asymmetric rolling improves the ability of titanium powder particles to form interparticle contacts that ceteris paribus, allows obtaining of denser initial rolled products. 2. Sintering at 1000°C forms almost perfect mechanical and physical contacts in strips obtained by asymmetric rolling. The modulus of elasticity is 100 GPa, the tensile strength is 320 MPa. These characteristics are practically identical to the properties of titanium samples prepared by conventional techniques, including casting of ingots and their subsequent deformation. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката Investigation of the influence of asymmetrical rolling parameters on the structure and properties of powder rolling products Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката
spellingShingle	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката Воропаев, В.С. Гогаев, К.О. Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А.
title_short	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката
title_full	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката
title_fullStr	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката
title_full_unstemmed	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката
title_sort	исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката
author	Воропаев, В.С. Гогаев, К.О. Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А.
author_facet	Воропаев, В.С. Гогаев, К.О. Подрезов, Ю.Н. Назаренко, В.А.
publishDate	2014
language	Russian
container_title	Физика и техника высоких давлений
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format	Article
title_alt	Investigation of the influence of asymmetrical rolling parameters on the structure and properties of powder rolling products
description	Проведен сравнительный анализ влияния схемы прокатки и температуры спекания на прочностные и пластические характеристики, что позволило определить оптимальные условия получения качественных полос и установить влияние температуры спекания на закономерности контактообразования в изделиях, изготовленных по разным технологиям прокатки. Схема асимметричной прокатки является, несомненно, перспективной для получения листов и полос из порошков. Проведено порівняльний аналіз впливу схеми прокатки та температури спікання на міцність і пластичні характеристики, що дозволило визначити оптимальні умови одержання якісних смуг і встановити вплив температури спікання на закономірності контактоутворення у виробах, отриманих за різними технологіями прокатки. Схема асиметричної Comparative analysis of the effect of the rolling scheme and the sintering temperature on the strength and plastic properties resulted in the following conclusions: 1. Shear deformation under asymmetric rolling improves the ability of titanium powder particles to form interparticle contacts that ceteris paribus, allows obtaining of denser initial rolled products. 2. Sintering at 1000°C forms almost perfect mechanical and physical contacts in strips obtained by asymmetric rolling. The modulus of elasticity is 100 GPa, the tensile strength is 320 MPa. These characteristics are practically identical to the properties of titanium samples prepared by conventional techniques, including casting of ingots and their subsequent deformation.
issn	0868-5924
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69695
citation_txt	Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката / В.С. Воропаев, К.О. Гогаев, Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко // Физика и техника высоких давлений. — 2014. — Т. 24, № 1. — С. 110-119. — Бібліогр.: 16 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT voropaevvs issledovanievliâniâparametrovprocessaasimmetričnoiprokatkinaformirovaniestrukturyisvoistvporoškovogoprokata AT gogaevko issledovanievliâniâparametrovprocessaasimmetričnoiprokatkinaformirovaniestrukturyisvoistvporoškovogoprokata AT podrezovûn issledovanievliâniâparametrovprocessaasimmetričnoiprokatkinaformirovaniestrukturyisvoistvporoškovogoprokata AT nazarenkova issledovanievliâniâparametrovprocessaasimmetričnoiprokatkinaformirovaniestrukturyisvoistvporoškovogoprokata AT voropaevvs investigationoftheinfluenceofasymmetricalrollingparametersonthestructureandpropertiesofpowderrollingproducts AT gogaevko investigationoftheinfluenceofasymmetricalrollingparametersonthestructureandpropertiesofpowderrollingproducts AT podrezovûn investigationoftheinfluenceofasymmetricalrollingparametersonthestructureandpropertiesofpowderrollingproducts AT nazarenkova investigationoftheinfluenceofasymmetricalrollingparametersonthestructureandpropertiesofpowderrollingproducts
first_indexed	2025-11-25T23:07:18Z
last_indexed	2025-11-25T23:07:18Z
_version_	1850577776927571968
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 © В.С. Воропаев, К.О. Гогаев, Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко, 2014 PACS: 81.40.−z, 61.46.w В.С. Воропаев, К.О. Гогаев, Ю.Н. Подрезов, В.А. Назаренко ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА АСИММЕТРИЧНОЙ ПРОКАТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОРОШКОВОГО ПРОКАТА Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины ул. Кржижановского, 3, г. Киев, 03142, Украина Статья поступила в редакцию 4 февраля 2013 года Проведен сравнительный анализ влияния схемы прокатки и температуры спекания на прочностные и пластические характеристики, что позволило определить оп- тимальные условия получения качественных полос и установить влияние темпе- ратуры спекания на закономерности контактообразования в изделиях, изготов- ленных по разным технологиям прокатки. Схема асимметричной прокатки явля- ется, несомненно, перспективной для получения листов и полос из порошков. Ключевые слова: порошок, прокатка, качество контактов, модуль упругости Проведено порівняльний аналіз впливу схеми прокатки та температури спікання на міцність і пластичні характеристики, що дозволило визначити оптимальні умови одержання якісних смуг і встановити вплив температури спікання на зако- номірності контактоутворення у виробах, отриманих за різними технологіями прокатки. Схема асиметричної прокатки є, безсумнівно, перспективною для отри- мання листів і смуг з порошків. Ключові слова: порошок, прокатка, якість контактів, модуль пружності Введение В большинстве известных методов интенсивной пластической деформа- ции (ИПД), таких как равноканальное угловое прессование, винтовая экс- трузия или торсионное кручение, особое внимание уделяется сдвиговым ме- ханизмам деформации. При этом процесс повторного нагружения, изме- няющий схему деформирования, осуществляется только после полного сня- тия первичной нагрузки [1,2]. Варьируя направление деформирования и соз- давая в результате суперпозицию трансляционной и ротационной деформа- ции, удается существенно диспергировать структуру и повысить параметры упрочнения деформированных заготовок. Однако микроструктура, возник- шая при первичном нагружении, находится в релаксированном состоянии, а в формировании структуры на втором и последующих проходах участвует Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 111 лишь та небольшая часть дислокаций, которая сохранилась в кристалле по- сле снятия нагрузки. Имеющиеся литературные данные [3,4] свидетельст- вуют о том, что совместное действие нескольких схем деформации позволя- ет получить оптимальную структуру в ходе одной технологической опера- ции и более высокие свойства деформированного материала. В работах [5−7] были продемонстрированы преимущества использования схем ИПД для создания полуфабрикатов и изделий порошкового генезиса. В этих работах для компактирования порошка была использована технология винтовой экструзии, разработанная в ДонФТИ НАН Украины Я.Е. Бейгель- зимером с сотрудниками. Было показано, что использование этой схемы по- зволяет получить более плотные прессовки, обладающие повышенной проч- ностью в неспеченном состоянии. В Институте проблем материаловедения НАН Украины на протяжении многих лет ведутся исследования в области разработки технологий прокатки порошков [8,9]. Интересным направлением решения этой проблемы в по- следние годы стали работы по изучению влияния технологических парамет- ров асимметричной прокатки на структуру и свойства листов, полученных из порошков алюминия, железа и титана [10−12]. Преимущества асиммет- ричной прокатки порошковых материалов иллюстрируются схемой, пред- ставленной на рис. 1. Рис. 1. Очаг деформации при симметричной (а) и асимметричной (б) прокатке по- рошковых материалов: а: D1 = D2, 1rα = 2rα , γ1 = γ2; б: Db > Ds, brα < srα , γb < γs; ABFE – зона отставания; EFCD – зона опережения Благодаря существенным изменениям угловых параметров происходит поворот нейтрального сечения EF между зонами отставания и опережения на угол β к сечению ODCO. При таком повороте значительно активируется сдвиговая деформация частиц порошка под давлением валков и уменьшают- ся растягивающие напряжения. Чем больше угол β, тем более активны сдви- говые деформационные процессы в очаге деформации. Направленные в про- тивоположные стороны силы трения по дугам контакта ED и BF создают переднее и заднее натяжения и, кроме того, блокируя друг друга, уменьша- ют общее давление на валки. Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 112 В работе [12] с помощью точечных месдоз были замерены нормальные контактные напряжения в очаге деформации и угловые параметры. Расшиф- ровка осциллограмм показала, что во всех случаях, независимо от прокаты- ваемого порошкового материала, максимальное нормальное контактное усилие со стороны меньшего валка всегда больше, чем со стороны большего валка. Значение контактного напряжения при асимметричной прокатке на- много меньше, чем при симметричной. Вследствие этого при сопоставимом зазоре между валками и плотности проката при асимметричной прокатке наблюдается заметное (почти в 2 раза) снижение усилия на валки. Это явле- ние было надежно зафиксировано на порошках железа и титана [12]. Эксперименты показали, что асимметричная прокатка позволяет устранить основные виды брака, характерные для традиционной прокатки порошков: наличие трещин по ширине ленты и отклонения ленты от прямолинейных размеров (серповидность) [10−13]. Более того, благодаря наличию сдвиговой компоненты деформации уже на стадии низкотемпературной прокатки без дополнительного спекания удается создать плотную заготовку и качествен- ный механический контакт между порошинками [11,12]. Именно на этом мо- менте будет сосредоточено основное внимание в данной работе. Материалы и методика эксперимента Методология анализа качества контакта в порошковых материалах конст- рукционного назначения сформулирована нами в работах [14−16]. Для про- ведения сравнительного анализа были определены коэффициенты, характе- ризующие качество электрического Kλ, механического KE, Kσ и физического Ke контактов, которые вычислялись по следующим формулам: ( ) ( )ms gr th gr 100%Kλ ⎡ ⎤= λ −λ λ −λ ×⎣ ⎦ , (1) ( ) ( )ms gr th gr 100%EK E E E E⎡ ⎤= − − ×⎣ ⎦ , (2) ( ) ( )02 ms gr th grs s s s 100%Kσ ⎡ ⎤= − − ×⎣ ⎦ , (3) ( ) ( )fr rms rgr rth rgr 100%eK e e e e⎡ ⎤= − − ×⎣ ⎦ , (4) где λ, σ, efr – соответственно электропроводность, предел текучести и де- формация до разрушения; индексы означают следующее: «th» − соответст- вующая величина рассчитана при наличии идеалного контакта, «gr» − вели- чина измерена на образце в неспеченном состоянии, «ms» − свойства образ- ца измерены при заданных термомеханических условиях получения мате- риала. Для расчета коэффициентов необходимо исследовать комплекс механи- ческих свойств порошкового проката в сыром состоянии и после соответст- вующих режимов спекания. Качество контактов после различных режимов деформации изучали по методикам, описанным в работе [14]. Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 113 Исследовали порошок титана марки ПТЭС-1, сформованный в стандартных условиях прокатки и в условиях прокатки со сдвигом, осуществляемой между валками разного диаметра. В первом случае порошок прокатывали на двухвал- ковом стане традиционным способом, когда валки одного диаметра вращаются с одной и той же скоростью, диаметр валков ∅ = 195 mm (симметричная про- катка). Во втором случае порошок прокатывали между валками разного диа- метра: ∅1 = 175 mm и ∅2 = 218 mm (асимметричная прокатка). Оба экспери- мента осуществляли в идентичных условиях: величину исходного зазора между валками подбирали одинаковой; скорость, степень и температуру деформации в обоих экспериментах подбирали сопоставимыми. В обоих экспериментах с помощью месдоз фиксировали общее усилие прокатки. Полученные прокатан- ные порошковые ленты исследовали в неспеченном состоянии, а также спекали в вакуумной печи СШВЛ-01 при температурах 800, 1000 и 1200°С. Пористость лент изучали методом гидростатического взвешивания. Механические испытания проводили на универсальной компьютеризиро- ванной машине CERAMTEST SYSTEM с автоматической записью диаграм- мы нагружения. Образец для испытаний на четырехточечный изгиб пред- ставлял собой прямоугольную балку размерами 2 × 10 × 45 mm. Расстояние между дальними опорами составляло 40 mm, между центральными – 20 mm. Для прецизионного измерения деформации использовали емкостный датчик с чувствительностью по перемещению 0.2 μm, который помещали на обра- зец между центральными опорами. Программное обеспечение позволяло измерять модуль упругости материала с точностью 1% от абсолютного зна- чения, а остаточную деформацию − с чувствительностью 10−5. Методика исследования механических свойств неспеченных заготовок путем испытания на четырехточечный изгиб подробно описана в работе [12]. При изгибе определяли такие механические свойства: модуль Юнга Е, предел пропорциональности σ001, предел текучести σ02, предел прочности σb и деформацию в момент разрушения efr. Спеченные образцы также испы- тывали на одноосное растяжение. В этом случае определяли предел текуче- сти, предел прочности и деформацию в момент разрушения, которую рас- считывали по формуле: efr = ln(Sin/Sfin) (где Sin и Sfin − соответственно на- чальная и конечная площади поперечного сечения образца). Эксперименты выполняли не менее чем на трех образцах для каждого структурного состоя- ния и каждой температуры спекания. Субструктуру материала анализирова- ли с помощью трансмиссионного микроскопа 100СХ. Характер разрушения изучали на растровом микроскопе Superprob-723. Результаты экспериментов и их обсуждение Сравнительный анализ влияния схемы прокатки и температуры спекания на прочностные и пластические характеристики позволяет определить оп- тимальные условия получения качественных полос и установить влияние температуры спекания на закономерности контактообразования в изделиях, Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 114 изготовленных по разным технологиям прокатки. Результаты исследований физико-механических свойств неспеченных лент и спеченных при темпера- турах 800, 1000 и 1200°C в течение 1 h приведены в табл. 1. Измерения плотности исходных прокатанных заготовок и полос, спечен- ных при разных температурах, свидетельствуют о том, что асимметричная прокатка при прочих равных условиях позволяет получить более плотный ис- ходный прокат. В процессе спекания практически теоретическая плотность образцов, изготовленных асимметричной прокаткой, достигается при темпера- туре спекания 1000°C. В то же время материал, полученный обычной прокат- кой, сохраняет остаточную пористость даже после спекания при 1200°C. Таблица 1 Физико-механические свойства спеченных порошковых титановых полос ДеформацияПредел упруго- сти σ001 Предел текуче- сти σ02 Макси- мальное напря- жение σv Те мп ер ат ур а сп ек ан ия , ° С П ор ис то ст ь, % М од ул ь уп ру го ст и Е, G Pa MPa О тн ос ит ел ь- но е су ж ен ие ψ , % равно- мерная εfr, % до раз- рушения еeq Симметричная прокатка Без спекания 8 4.5 8.8 12.8 12.9 – – 0.0023 800 4 22.6 140 156 185 1.2 1.2 0.0012 1000 2 59 190 227 279 25 3.5 0.25 1200 2 84 285 321 371 37 7.1 0.44 Асимметричная прокатка Без спекания 5 44.2 109 – 116 – – 0.0004 800 2 76.8 185.2 217 285 11,5 4,5 0.118 1000 0.5 100.1 254.2 275.2 361.2 58 21.2 0.85 1200 1 98.2 291 345 465 41.2 15.5 0.51 Обращает на себя внимание резкое увеличение прочностных свойств (мо- дуля упругости Е, предела упругости, измеренного при 0.01% деформации, σ001 и предела прочности σb) в образцах, сформованных асимметричной прокаткой при комнатной температуре в сравнении с образцами, получен- ными симметричной прокаткой. Причина этого связана с сильным разогре- вом ленты при асимметричной прокатке вследствие сдвиговой деформации частиц под давлением. После спекания при 800°C полосы, полученные симметричной прокат- кой, демонстрируют повышение прочностных свойств (модуль упругости Е = 22.6 GPa, предел текучести σ02 = 156 MPa) по сравнению с неспеченным материалом. После аналогичной обработки полосы, полученные асиммет- ричной прокаткой, демонстрируют значительно более высокие свойства. Модуль упругости Е достигает 76.8 GPa, что составляет примерно 75% от свойств компактного материала, предел текучести σ02 = 217 MPa. Это свиде- тельствует о высокой степени совершенства механического контакта. Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 115 Спеченные при 1000°C полосы, полученные симметричной прокаткой, демонстрируют значительно более высокие свойства, чем аналогичные об- разцы, спеченные при 800°С. Модуль упругости возрастает до 59 GPa, пре- дел текучести − до 227 MPa. Это свидетельствует о положительном влиянии температуры спекания на формирование механического контакта. В изломе появляются отдельные участки ямочного разрушения (рис. 2,б). Спекание при 1000°C полос, полученных асимметричной прокаткой, приводит к фор- мированию практически совершенного механического и физического кон- тактов. Модуль упругости достигает 100 GPa, предел текучести – 275 MPa, пластичность в момент разрушения составляет 0.85. Эти характеристики практически совпадают со свойствами образцов титана, полученных по тра- диционным технологиям. а б Рис. 2. Поверхность разрушения полос титана, полученных: а − асимметричной прокаткой и спеканием при 1000°C, б − симметричной прокаткой и спеканием при 1200°C Спекание полос, изготовленных симметричной прокаткой при температуре 1200°C, позволило получить хороший механический контакт, о чем свиде- тельствует достаточно высокий модуль упругости (84 GPa) и предел текуче- сти (321 MPa), однако физический контакт в изготовленных полосах сформи- рован лишь частично. Деформация образцов в момент разрушения достигает значения efr = 0.44, тогда как у компактного титана традиционного производ- ства эта величина составляет 0.9−1. Таким образом, повышение температуры спекания полос, полученных симметричной прокаткой, приводит к улучше- нию качества механического и физического контактов, однако даже при тем- пературе 1200°C совершенный контакт сформировать не удается. В табл. 2 представлены результаты расчетов значений коэффициентов, ха- рактеризующих качество механического и физического контактов, получен- ные по данным экспериментов с помощью формул (2)−(4). Теоретические значения механических свойств взяты, как у компактного титана технической чистоты традиционной технологии: Е = 110 GPa, σ02 = 340 MPa, efr = 1. Зна- чения для неспеченных заготовок охарактеризованы свойствами лент холод- нокатаного проката стандартного производства (симметричная прокатка). Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 116 Таблица 2 Влияние термообработки на коэффициенты, характеризующие качество контактов полос титана KЕ Kσ KеТемпература спекания, °С Порис- тость, % Модуль упру- гости Е, GPa Предел теку- чести σ02, MPa Деформация до разрушения еfr % 20 (неспе- ченный) 8 4.5 12.8 0.0023 0 0 0 800 4 22.6 156 0.0012 18 43 0 1000 2 59 227 0.25 52 72 25 1200 2 84 321 0.44 81 90 35 20 5 44.2 116 0.0004 38 32 0 800 2 76.8 217 0.118 73 65 10.2 1000 0.5 100.1 275.2 0.85 92 90 85 1200 1 98.2 345 0.51 91 100 50 В полном соответствии с законами контактообразования все коэффици- енты, характеризующие качество контактов, увеличиваются с ростом темпе- ратуры спекания. Сравнительный анализ коэффициентов показывает, что в заготовках, полученных асимметричной прокаткой, контакт формируется значительно быстрее. Представленные данные свидетельствуют о том, что в этом случае совершенный физический контакт формируется уже при 1000°C, тогда как при традиционной прокатке контакт не удается сформиро- вать даже при 1200°C. Об этом говорят и данные фрактографического ана- лиза, из которых хорошо видно, что в первом случае сформирован излом со 100%-ным ямочным разрушением (рис. 2,а), а во втором – разрушение, смешанное с большим количеством неспеченных участков (рис. 2,б). Причина резкого улучшения качества проката при асимметричной про- катке, по нашему мнению, связана не только (и не столько!) с большей плотностью заготовок, а и с лучшими условиями конструирования качест- венных контактов на стадии компактирования. Как видно из табл. 2, в лен- тах, полученных асимметричной прокаткой, механический контакт между порошинками почти наполовину формируется непосредственно в процессе деформации. По-видимому, сдвиговая деформация способствует своеобраз- ной сварке трением между порошинками, вызывая к тому же дополнитель- ный разогрев, который даже по измерениям на периферии оценивается ве- личиной ~ 150°С. Естественно, непосредственно в районе контакта эта циф- ра заметно выше. Таким образом, схема асимметричной прокатки является, несомненно, пер- спективной для получения листов и полос из порошков. Выводы 1. Асимметричная прокатка при прочих равных условиях позволяет полу- чить более плотный исходный прокат. В процессе спекания практически теоретическая плотность образцов, изготовленных асимметричной прокат- Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 117 кой, достигается при температуре спекания 1000°С. В то же время материал, полученный обычной прокаткой, сохраняет незначительную пористость да- же после спекания при 1200°С. 2. Сдвиговая деформация при асимметричной прокатке улучшает способ- ность порошинок титана формировать межчастичные контакты. Это позво- ляет значительно повысить механические свойства исходных титановых за- готовок. Модуль упругости и прочность лент, полученных из титанового порошка асимметричной прокаткой, практически в 10 раз больше, чем при симметричной прокатке. 3. Структура контактных поверхностей, сформированных асимметричной прокаткой, значительно более совершенна, чем при традиционных схемах компактирования, и, как следствие, лучше подготовлена к формированию совершенного контакта при последующем спекании. При всех режимах спе- кания значения прочности и пластичности спеченных полос, полученных асимметричной прокаткой, оказываются существенно выше, чем у анало- гичных образцов, полученных симметричной прокаткой. 4. Спекание при 1000°C полос, изготовленных асимметричной прокаткой, приводит к формированию практически совершенного механического и фи- зического контактов. Характер разрушения внутрикристаллитный ямочный, что свидетельствует о полном подавлении межчастичного разрушения. Мо- дуль упругости достигает 100 GPa, предел текучести – 320 MPa, пластич- ность в момент разрушения составляет 0.85. Эти характеристики практиче- ски совпадают со свойствами образцов титана, полученных по традицион- ным технологиям, включающим литье слитков и последующую их дефор- мацию. 1. V.M. Segal, Mater. Sci. Eng. A197, 157 (2002). 2. Y. Beygelzimmer, V. Varyukhin, D. Orlov, in: Proc. of the Second Int. Symp., Los Alamos Nat. Lab. Edition (2002), р. 234−238. 3. Е.Г. Пашинская, Физико-механические основы измельчения структуры при комбинированной пластической деформации, Вебер, Донецк (2009). 4. Ю.Н. Подрезов, Н.Д. Рудык, В.И. Даниленко, Р.Ю. Кулагин, А.В. Решетов, Я.Е. Бей- гельзимер, ФТВД 19, № 4, 101 (2009). 5. Я.Е. Бейгельзимер, О.В. Михайлов. А.С. Сынков. М.Б. Штерн, Е. Олевский, ФТВД 18, № 1, 69 (2008). 6. Я.Е. Бейгельзимер, О.В. Михайлов, А.С. Сынков, М.Б. Штерн, ФТВД 18, № 3, 92 (2008). 7. Я.Е. Бейгельзимер, М.Б. Штерн, Т.А. Епифанцева, А.С. Сынков, ФТВД 19, № 3, 120 (2009). 8. Г.А. Виноградов, В.П. Каташинский, Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул, Металлургия, Москва (1979). 9. Г.А. Виноградов, Ю.Н. Семенов, О.А. Катрус, В.П. Каташинский, Прокатка ме- таллических порошков, Металлургия, Москва (1969). Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 118 10. Патент України на винахід № 77719, Спосіб одержання листів, смуг и стрічок з металевих порошків і гранул, Г.Я. Калуцький, К.О. Гогаєв, В.С. Воропаєв (2007). 11. Г.Я. Калуцкий, К.А. Гогаев, В.С. Воропаев, В.В. Непомнящий, Порошковая ме- таллургия № 3/4, 115 (2007). 12. Г.Я. Калуцкий, К.А. Гогаев, В.С. Воропаев, Перспективы развития прокатки ме- таллических порошков и гранул, Тематич. сб. научн. тр., ДГМА, Краматорск (2007), с. 508−512. 13. В.П. Каташинский, Г.А. Виноградов, Г.Я. Калуцкий, Порошковая металлургия № 12, 28 (1975). 14. Ю.М. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Вдовиченко, В.И. Даниленко, О.С. Коряк, Я.И. Евич, Порошковая металлургия № 3/4, 98 (2009). 15. Ю.М. Подрезов, В.А. Назаренко, А.В. Лаптев, А.И. Толочин, В.И. Даниленко, Я.И. Евич, О.С. Коряк, Порошковая металлургия № 5/6, 60 (2009). 16. К.А. Гогаев, В.А. Назаренко, В.С. Воропаев, Ю.Н. Подрезов, Д.Г. Вербило, О.С. Ко- ряк, И.Ю. Окунь, Порошковая металлургия № 11/12, 51 (2009). V.S. Voropaev, K.O. Gogaev, Yu.N. Podrezov, V.A. Nazarenko INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF ASYMMETRICAL ROLLING PARAMETERS ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF POWDER ROLLING PRODUCTS At the Institute of Materials Science of NASU, intensive research has been carried out in the field of technology development of powder rolling. A new recent trend is the work on the study of the effect of process parameters of asymmetric rolling on the structure and the properties of the sheets obtained from powders of aluminum, iron and titanium. Asymmetric rolling is a processing between rollers of different diameter that are ro- tated at the same speed. Experiments have shown that the asymmetric rolling eliminates the main kinds of re- jections typical of traditional rolling of powders: cracks on the belt width and deviations from the linear tape sizes (camber). Moreover, due to the presence of shear strain compo- nents even at the stage of low-temperature rolling without additional sintering, a dense high-quality blank and good mechanical contact between the powder particles can be formed. For the purpose of comparative analysis, we have identified factors that characterize the quality of the electrical, mechanical and physical contact (Kλ, KE, Ke, respectively). To calculate the coefficients, a set of mechanical properties of a powder rolled in the raw state and after the corresponding sintering should be tested. We investigated the titanium powder brand NTES-1 molded by rolling between the rolls of the same and different diameters. Comparative analysis of the effect of the rolling scheme and the sintering temperature on the strength and plastic properties resulted in the following conclusions: 1. Shear deformation under asymmetric rolling improves the ability of titanium pow- der particles to form interparticle contacts that ceteris paribus, allows obtaining of denser initial rolled products. 2. Sintering at 1000°C forms almost perfect mechanical and physical contacts in strips obtained by asymmetric rolling. The modulus of elasticity is 100 GPa, the tensile strength Физика и техника высоких давлений 2014, том 24, № 1 119 is 320 MPa. These characteristics are practically identical to the properties of titanium samples prepared by conventional techniques, including casting of ingots and their subse- quent deformation. Keywords: powder, rolling, quality of contact, elastic modulus Fig. 1. The deformation in the symmetric (a) and asymmetric (б) rolling of powder mate- rials: а: D1 = D2, 1rα = 2rα , γ1 = γ2; б: Db > Ds, brα < srα , γb < γs; ABFE − backward slip zone; EFCD − forward slip zone Fig. 2. The fracture surface of titanium bands received by: а − asymmetric rolling and sintering at 1000°C, б − symmetric rolling and sintering at 1200°C

Исследование влияния параметров процесса асимметричной прокатки на формирование структуры и свойств порошкового проката

Institution

Similar Items