Исследование напряженно-деформированного состояния металла при равноканальном угловом прессовании и разработка рекомендаций по реализации технологического процесса для получения ультрамелкозернистых материалов

• Автор: Паршиков, Руслан Александрович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Литературноаналитический обзор

1.1 Свойства СМК и НК материалов

1.2 Методы получения объемных СМК и НК материалов.

1.3 РКУпрессование как метод получения объемных СМК и НК материалов

1.4 Выводы по главе.

Глава 2. Математическая постановка задачи теории упругопластического

течения.

2.1 Начало виртуальных скоростей

2.2 Конечноэлементная формулировка задачи теории упругопластического течения.

2.3 Построение разрешающей системы уравнений
2.4 Математически двумерные задачи. Плоская деформация
2.5 Граничные условия.
2.5.1. Граничные условия в перемещениях и напряжениях.
2.5.2 Моделирование граничных условий.
2.6 Выводы по главе
Глава 3. Конечноэлементный анализ механики РКУпрессования.
3.1 Влияние геометрии канала.
3.1.1 Неустановившаяся стадия процесса.
3.1.2 Установившаяся стадия процесса.
3.1.3 Оценка неравномерности деформированного состояния
3.2 Влияние контактного трения
3.2.1 Установившаяся стадия процесса
3.2.2 Оценка неравномерности деформированного состояния
3.3 Сравнительный анализ результатов численного моделирования
3.4 Выводы по главе
Глава 4. Расчетноэкспериментальное исследование процесса РКУ
прессования.
4.1 Инструмент для РКУпрессования.
4.2 Материал для РКУпрессования.
4.3 Анализ кинематики течения
4.4 Энергосиловые параметры
4.5 Анализ деформированного состояния
4.6 Исследование структуры и свойств металла после РКУпрессования
4.7 Выводы по главе
5. Выводы и рекомендации.
Список литературы


Результаты измерений амплитудной зависимости внутреннего трения СМК образцов меди [] выявили, что уровень фона в этих образцах в 4-5 раз выше, чем у крупнозернистых образцов, полученных отжигом при высоких температурах. Этот факт вызывает практический интерес к прикладному использованию таких материалов в различных областях техники, где важно снижение шумов, вибраций. Механические испытания ряда СМК и НК материалов свидетельствуют о значительном росте их прочностных свойств по сравнению с обычными крупнокристаллическими [,]. Сравнительные механические свойства в других материалах с крупнозернистой (КЗ) и микрокристаллической (МК) структурами приведены в табл. Из приведенных данных видно, что при комнатной температуре прочностные свойства СМК и НК сплавов выше, чем в крупнозернистых состояниях, а при повышенных температурах, составляющих примерно (0,4-0,5) Тщ,, наоборот, последние имеют большую прочность, а МК сплавы при таких температурах проявляют признаки сверхпластичности. Можно отметить, что пластические свойства сплавов в СМК и НК состояниях при низких температурах остаются достаточно высокими, особенно если перед испытанием проводится отпуск. Исследования показали, что основным механизмом деформации таких сплавов при низких температурах является дислокационное скольжение []. Обычно при изучении явления сверхпластичности в качестве объекта исследования выступали металлы и сплавы со средним размером зерен в пределах 1- мкм [-]. Было установлено, что температурно-скоростные условия сверхпла-стической деформации при растяжении широкого круга таких материалов ограничиваются температурой, большей, чем (0,4-0,5) Тпл, и скоростями деформации ? С ростом интереса к сверхпластической деформации стати разнообразнее методы измельчения зерен. Было обнаружено, что с уменьшением размера зерен до размеров субмикрокристаллических многие материалы проявляют сверхпластические свойства в температурно-скоростных условиях, выходящих за отмеченные выше рамки []. Скорость деформации исследованных мелкозернистых материалов лежит в пределах (_1-) с"1. Таблица . Механические свойства материалов с крупнозернистой (числитель) и с СМК и НК (знаменатель) структурами [). Материал Размер зерен. ВТ6 (числитель - МК + закалка 5. С, 3 ч. СМК + отжиг 0 °С, 1 ч. RSR Rene 0/0. Fc-0. С-0. W-0. Zr Fe-%Cr-%Ni-0,5Ti-0. C 5/0. Fe-%Cr-0,2%Ti-<), %C Ti-%AI /0. AI-5,5%Mg-2,2%l. Zr) 1. Метол кручения в наковальнях 2. Равноканальнос прессование -0,1 -/0. Общей характерной чертой для материалов, демонстрирующих высокоскоростную сверхпластичность, является близкий или соответствующий СМК уровню тип мелкозернистой структуры. Как правило, такие материалы представляют собой композиты, упрочненные не растворяющимися при температуре сверхпластической деформации дисперсными выделениями. Для титанового сплава ВТ8 уменьшение зерен с 5 до 0 нм, а для никелевого сплава ЭП2 до 0 нм позволяет снизить температуру сверхпластической деформации на 0 °С и 5 °С соответственно при сохранении значительной пластичности. Таким образом, измельчение зерен до уровня СМК и НК размеров придает материалам новое специфическое строение и свойства. Ряд свойств таких материалов весьма привлекателен, в частности, свойства, связанные с технологической пластичностью, прочностью, внутренним трением и магнитными характеристиками. Многие другие важные характеристики таких сплавов интенсивно исследуются. К настоящему времени разработано большое количество методов получения объемных наноструктурных материалов. Среди них - методы порошковой металлургии, в частности, консолидации ультрадисперсных порошков, полученных газовой конденсацией в атмосфере инертного газа [5,6] или плазмохимическим методом [6], аэрозольным [] и химическим синтезом [], а также измельчением порошков в шаровой мельнице [,]. Для создания объемных НК материалов успешно использовались газовая конденсация с последующим компактированием и обработка порошков в шаровой мельнице с последующей консолидацией. Данные методы явились основой для дальнейших исследований структуры и свойств НК материалов.