Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования
Исследовано влияние циклической деформации изгибом и изгибом, совмещенным с кручением, при дискретном изменении направления деформации на механические свойства нержавеющей стали, меди и сплава ниобий−титан. Influence has been investigated of straining with bending and bending combined with torsion u...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2005 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70171 |
| 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: | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования / Н.И. Матросов, В.В. Чишко, Э.А. Медведская, Л.Ф. Сенникова, Е.А. Павловская // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 54-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859779175800373248 |
|---|---|
| author | Матросов, Н.И. Чишко, В.В. Медведская, Э.А. Сенникова, Л.Ф. Павловская, Е.А. |
| author_facet | Матросов, Н.И. Чишко, В.В. Медведская, Э.А. Сенникова, Л.Ф. Павловская, Е.А. |
| citation_txt | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования / Н.И. Матросов, В.В. Чишко, Э.А. Медведская, Л.Ф. Сенникова, Е.А. Павловская // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 54-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Исследовано влияние циклической деформации изгибом и изгибом, совмещенным с кручением, при дискретном изменении направления деформации на механические свойства нержавеющей стали, меди и сплава ниобий−титан.
Influence has been investigated of straining with bending and bending combined with torsion under a discrete change of straining direction on mechanical properties of stainless steel, copper and niobium-titanium alloy.
|
| first_indexed | 2025-12-02T09:19:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
54
PACS: 61.72.Mm, 81.40.Lm
Н.И. Матросов, В.В. Чишко, Э.А. Медведская, Л.Ф. Сенникова,
Е.А. Павловская
ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
МАТЕРИАЛОВ ОТ СХЕМЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
E-mail: chishko@ukr.net
Статья поступила в редакцию 26 апреля 2005 года
Исследовано влияние циклической деформации изгибом и изгибом, совмещенным с
кручением, при дискретном изменении направления деформации на механические
свойства нержавеющей стали, меди и сплава ниобий−титан.
Введение
Известно, что рост гидростатического давления, изменение направления де-
формации и повышение температуры стимулируют залечивание дефектов или
уменьшают их образование и развитие [1]. Знакопеременная деформация при-
водит к более медленному пластическому разрыхлению обрабатываемого ма-
териала, формирует мелкодисперсную однородную микро- и субструктуры.
Закономерности изменения механических свойств металлов при знакоперемен-
ном деформировании могут в значительной мере отличаться от таковых при
монотонном деформировании. В частности, при монотонном холодном дефор-
мировании материал всегда упрочняется, а при знакопеременном − может цик-
лически упрочняться, разупрочняться либо быть циклически стабильным [2−5].
Интерес к таким сложным знакопеременным нагружениям связан с тем,
что знакопеременный характер деформирования с промежуточными раз-
грузками в комбинации с монотонной деформацией в той или иной мере на-
блюдается в большинстве процессов обработки металлов давлением (ОМД).
В настоящее время в практике широко используются: холодная правка
профильных изделий из различных металлов, в том числе и композицион-
ных материалов, на роликоправильных машинах; удаление окалины с про-
волочной заготовки знакопеременным изгибом; перемотка с катушки на ка-
тушку; правка проволоки вращающейся правильной рамкой. Технологиче-
ские процессы ОМД включают операции знакопеременного пластического
или упругопластического изгиба и кручения, при которых возможно изме-
нение механических свойств обрабатываемых металлов.
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
55
Поэтому представляет интерес исследование изменений механических
свойств, учет влияния этих изменений для металлов и, в частности, биметалла
на основе сплава ниобия с титаном в медной оболочке как конструктивного
элемента в технологии получения пакетным способом многоволокнистого
сверхпроводящего провода при обработке знакопеременным изгибом–круче-
нием и в комбинации с последующей монотонной деформацией – волочением.
Изучение влияния схемы знакопеременного деформирования на прочность и
другие свойства проволочных объектов и является целью настоящей работы.
Материалы и методы исследований
Объектами исследований служили проволочные заготовки диаметром
0.4−0.5 mm из меди МОб и стали 12Х18Н10Т, а также биметаллическая про-
волока диаметром 0.4−0.5 mm на основе сплава Nb + 50 wt% Ti и меди МОб
с объемным содержанием сплава Vf = 0.402.
Изучали следующие схемы обработки:
1. Исходную заготовку длиной ≥ 1 m обрабатывали знакопеременным со-
средоточенным изгибом протягиванием через 5-угловую деформирующую
систему каналов, образованную смещением пяти твердосплавных вкладышей –
волок в направлении, перпендикулярном оси волочения (рис. 1,а). Накопление
деформации в заготовке осуществляли 24 проходами при амплитуде (интен-
сивности) изгиба θ1 = θ5 = 87°, θ2 = θ4 = 81°, θ3 = 72°. В каждом последующем
проходе (цикле) деформирующую систему поворачивали фиксированно в одну
сторону на 90°, изменяя при этом положение плоскости изгиба в пространстве.
2. Заготовку длиной ≥ 1 m обрабатывали знакопеременной деформацией
пластическим изгибом с одновременным подкручиванием заготовки при ее
волочении через вращающуюся 4-угловую схему, образованную четырьмя
смещенными относительно оси волочения роликами (рис. 1,б). Накопление в
заготовке деформации аналогичной (по нашим весьма приближенным оцен-
кам) величины в первой схеме осуществляли 5 проходами со сменой на-
правления кручения в каждом цикле при амплитудах изгиба θ1 = θ4 = 79°,
θ2 = θ3 = 60° и степени закручивания образца n = 6 rev/cycle. Оценку вели-
чины накопленной деформации как произведения количества циклов на
сумму единичных деформаций изгиба−кручения в цикле выполняли на ос-
нове подходов, изложенных в работах [6,7].
3. Образцы, обработанные по схемам 1 и 2, волочили традиционным спо-
собом по маршруту до диаметра 0.2–0.148 mm с суммарной степенью де-
формации соответственно 75 и 91.2%.
4. Образцы сплава НТ50 в биметаллическом исполнении без предварительной
обработки и обработанные по схеме 1 волочили по маршруту 0.5 → 0.148 mm
с суммарной степенью деформации ε = 91.2%, а затем отжигали в вакууме
при 375°C в течение 1 h.
Механические испытания проволочных образцов на разрыв для опреде-
ления предела прочности σb и относительного удлинения δ проводили на
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
56
а б
Рис. 1. Схема знакопеременной деформации изгибом при протягивании заготовки в
многоугловом канале, образованном: а − смещением твердосплавных волок: θ1 = θ5 =
= 87°, θ2 = θ4 = 81°, θ3 = 72°; б − элементами вращения (роликами) с круговым вра-
щением относительно оси волочения: θ1 = θ4 = 79°, θ2 = θ3 = 60°, n = 6 rev/cycle
разрывной машине ZM-20. Для каждой схемы обработки испытывали не ме-
нее 10 образцов. Погрешность измерений составляла ~ 1%.
Термообработку образцов биметалла на основе сплава НТ50 осуществля-
ли в вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16. Диаметр образцов измеряли рычажным
микрометром МР-0-25 с ценой деления 0.002 mm.
Результаты эксперимента и их обсуждение
Результаты исследований изменения механических свойств металлических
материалов (предела прочности, относительного удлинения, величины разбро-
са значений прочности σbmax /σbmin) в зависимости от схемы деформирования
представлены в таблице.
Из таблицы следует, что значения пределов прочности исходных и цик-
лически деформированных образцов из меди, сплава НТ50 и биметалла на
основе НT50 и меди с дискретным изменением направления деформации
изгиба по схеме 1 практически равны друг другу. Исключением являются
многоцикловая обработка (изгиб−кручение) по схеме 2 стали 12Х18Н10Т,
где деформационное упрочнение составляет ~ 15%, а также знакоперемен-
ный пластический изгиб с кручением биметаллической заготовки, приводя-
щий к разупрочнению ~ 5% предположительно за счет изменения морфоло-
гии межкомпонентной связи, обусловленного дроблением структуры в про-
цессе дробного знакопеременного нагружения.
Однако, с другой стороны, предварительная обработка проволочных заго-
товок знакопеременной деформацией сосредоточенным изгибом (схема 1) и
изгибом с кручением (схема 2) в комбинации с монотонной деформацией –
традиционным волочением – приводит к повышению прочности всех обра-
батываемых материалов (моно- и биметаллов) в пределах ~ 5−10% и сниже-
нию разброса прочностных свойств по длине образца.
Кроме того, знакопеременная предварительная деформация изгибом с од-
новременным кручением биметаллической заготовки на основе сплава НТ50
способствует повышению ее пластичности. Относительное удлинение воз-
росло до значений δ = 2.14% по сравнению с величиной δ = 1.33% для об-
разца без предварительной обработки.
Несколько повышенные прочность (∆σb = 10 MPa) и хрупкость (величина
снижения относительного удлинения ∆δ = 4%), стабильность прочностных
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
57
Таблица
Влияние схемы знакопеременного деформирования на механические свойства
металлических материалов
Образец
Схема предва-
рительной об-
работки
Последующая
обработка
σb,
MPa
δ,
%
max
min
b
b
σ
σ
±∆σb,
MPa
− − 223 29 1.04 −Медь МОб,
∅ 0.5 mm Схема 1 − 227 14 1.01 +4
− − 930 2.4 1.06 −Сплав НТ50 без меди,
∅ 0.44 mm Схема 1 − 942 2.35 1.03 +12
− − 663 2.3 1.06 −
Схема 1 − 680 2.0 1.01 +17Сплав НТ50 в меди,
∅ 0.4 mm
Схема 2 − 633 2.44 1.03 −30
− − 788 30 1.1 −Сталь 12Х18Н10Т,
∅ 0.4 mm Схема 2 − 901 5 1.01 +113
− − 215 21 1.1 −
− 408 0.82 1.05 −
Медь МОб,
∅ 0.4 mm
Схема 1
Волочение
ε = 75% 438 0.75 1.01 +30
− 784 1.33 1.04 −
Схема 1 849 1.63 1.01 +65
Схема 2
Волочение
ε = 91.2%
817 2.14 1.03 +33
− 565 8 1.02 −
Сплав НТ50 в меди,
∅ 0.5 mm
Схема 1
Волочение
ε = 91.2%, отжиг
375°C, 1 h 575 4 1.0 +10
свойств по длине образцов биметалла на основе сплава НТ50 в медной обо-
лочке после предварительной обработки знакопеременным пластическим
изгибом и последующего монотонного деформирования традиционным во-
лочением, подвергнутых одночасовому отжигу при 375°C, свидетельствуют
об активизации фазовых превращений в β-твердом растворе сплава ниобия с
титаном с выделением вторичных фаз и о формировании однородного струк-
турного состояния.
Физико-механические свойства в значительной мере определяются изме-
нением внутренней структуры материала при многоцикловой обработке.
Наблюдаемые изменения исследованных свойств можно объяснить форми-
рованием при реализации указанных схем знакопеременной деформации
мелкодисперсной однородной микро- и субструктур в приповерхностных
слоях и объеме проволочных образцов с регулярным чередованием областей
с высокой и низкой плотностью дислокаций при невысоком уровне микро-
искажений и дефектности материала [2,8].
Знакопеременная деформация подготавливает структуру материала к ин-
тенсивной фрагментации при последующей монотонной деформации воло-
чением и, следовательно, приводит к деформационному упрочнению [9]; в
случае аналогичной обработки сплава ниобий−титан активизирует процессы
выделений вторичных фаз из β-твердого раствора при нагреве деформиро-
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
58
ванного сплава за счет повышения плотности границ субзерен и мест заро-
дышеобразования, сокращения диффузионных путей титана.
Выводы
1. Выявлено положительное влияние исследуемых схем предварительного
немонотонного деформирования в комбинации с последующим монотонным на
прочностные свойства обрабатываемых материалов (~ 5−10%) и их стабильность.
2. Схема знакопеременной деформации изгибом с одновременным круче-
нием заготовки предпочтительнее в плане повышения пластичности биме-
талла на основе сплава ниобий−титан.
3. Предлагаемые методики при выполнении комплекса углубленных тех-
нологических и физических исследований могут быть положены в основу
разработки способов структурной обработки сплава ниобий−титан с целью
повышения его функциональных сверхпроводящих свойств.
1. В.Л. Колмогоров, КШП № 8, 9 (1981).
2. В.С. Золотаревский, Механические свойства металлов, Металлургия, Москва
(1983).
3. В.Т. Трощенко, Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом
нагружении, Наукова думка, Киев (1981).
4. Ю.П. Гуль, Изв. вузов. Черная металлургия № 3, 105 (1990).
5. Ю.В. Зильберг, в сб.: Усовершенствование процессов и оборудования обработ-
ки давлением, ДГМА, Краматорск (2001), с. 164–168.
6. Б.А. Мигачев, Ф.М. Журавлев, П.А. Марков, в сб.: Обработка металлов давлени-
ем, УПИ, Свердловск (1988), с. 27−33.
7. В.З. Спусканюк, А.Б. Дугадко, И.М. Коваленко, Н.И. Матросов, А.В. Спусканюк,
Б.А. Шевченко, ФТВД 13, № 3, 85 (2003).
8. В.П. Северденко, Теория обработки металлов давлением, Высшая школа,
Минск (1966).
9. Я.Е. Бейгельзимер, В.Н. Варюхин, Д.В. Орлов, С.Г. Сынков, Винтовая экструзия –
процесс накопления деформаций, ТЕАН, Донецк (2003).
N.I. Matrosov, V.V. Chishko, E.A. Medvedskaya, L.F. Sennikova, E.A. Pavlovskaya
DEPENDENCE OF MECHANICAL PROPERTIES OF METALLIC
MATERIALS ON STRAINING SCHEME
Influence has been investigated of straining with bending and bending combined with
torsion under a discrete change of straining direction on mechanical properties of stain-
less steel, copper and niobium-titanium alloy.
Fig. 1. Scheme of alternating flexural straining for drawing a billet in multiple-angle
channel formed by: а − displacement of hard-alloy dies: θ1 = θ5 = 87°, θ2 = θ4 = 81°, θ3 =
= 72°; б − rotating elements (rollers) with the rotation around drawing axis: θ1 = θ4 = 79°,
θ2 = θ3 = 60°, n = 6 rev/cycle
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70171 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T09:19:27Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Матросов, Н.И. Чишко, В.В. Медведская, Э.А. Сенникова, Л.Ф. Павловская, Е.А. 2014-10-30T17:51:58Z 2014-10-30T17:51:58Z 2005 Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования / Н.И. Матросов, В.В. Чишко, Э.А. Медведская, Л.Ф. Сенникова, Е.А. Павловская // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 54-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 61.72.Mm, 81.40.Lm https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70171 Исследовано влияние циклической деформации изгибом и изгибом, совмещенным с кручением, при дискретном изменении направления деформации на механические свойства нержавеющей стали, меди и сплава ниобий−титан. Influence has been investigated of straining with bending and bending combined with torsion under a discrete change of straining direction on mechanical properties of stainless steel, copper and niobium-titanium alloy. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования Залежність механічних властивостей металевих матеріалів від схеми деформування Dependence of mechanical properties of metallic materials on straining scheme Article published earlier |
| spellingShingle | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования Матросов, Н.И. Чишко, В.В. Медведская, Э.А. Сенникова, Л.Ф. Павловская, Е.А. |
| title | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования |
| title_alt | Залежність механічних властивостей металевих матеріалів від схеми деформування Dependence of mechanical properties of metallic materials on straining scheme |
| title_full | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования |
| title_fullStr | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования |
| title_full_unstemmed | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования |
| title_short | Зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования |
| title_sort | зависимость механических свойств металлических материалов от схемы деформирования |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70171 |
| work_keys_str_mv | AT matrosovni zavisimostʹmehaničeskihsvoistvmetalličeskihmaterialovotshemydeformirovaniâ AT čiškovv zavisimostʹmehaničeskihsvoistvmetalličeskihmaterialovotshemydeformirovaniâ AT medvedskaâéa zavisimostʹmehaničeskihsvoistvmetalličeskihmaterialovotshemydeformirovaniâ AT sennikovalf zavisimostʹmehaničeskihsvoistvmetalličeskihmaterialovotshemydeformirovaniâ AT pavlovskaâea zavisimostʹmehaničeskihsvoistvmetalličeskihmaterialovotshemydeformirovaniâ AT matrosovni zaležnístʹmehaníčnihvlastivosteimetalevihmateríalívvídshemideformuvannâ AT čiškovv zaležnístʹmehaníčnihvlastivosteimetalevihmateríalívvídshemideformuvannâ AT medvedskaâéa zaležnístʹmehaníčnihvlastivosteimetalevihmateríalívvídshemideformuvannâ AT sennikovalf zaležnístʹmehaníčnihvlastivosteimetalevihmateríalívvídshemideformuvannâ AT pavlovskaâea zaležnístʹmehaníčnihvlastivosteimetalevihmateríalívvídshemideformuvannâ AT matrosovni dependenceofmechanicalpropertiesofmetallicmaterialsonstrainingscheme AT čiškovv dependenceofmechanicalpropertiesofmetallicmaterialsonstrainingscheme AT medvedskaâéa dependenceofmechanicalpropertiesofmetallicmaterialsonstrainingscheme AT sennikovalf dependenceofmechanicalpropertiesofmetallicmaterialsonstrainingscheme AT pavlovskaâea dependenceofmechanicalpropertiesofmetallicmaterialsonstrainingscheme |