Исследование и развитие метода РКУ прессования

Как уже было упомянуто, наряду с кручением под высоким давлением, равноканальное угловое прессование (РКУП) относится к числу методов, которые были использованы в пионерских работах по получению УМЗ структур в металлах и сплавах с помощью интенсивной пластической деформации. В последние годы этот метод получил дальнейшее развитие.

Как известно, наиболее дисперсные УМЗ структуры с размером зерен около 100 нм и менее могут быть получены интенсивной пластической деформацией кручением. Однако, получаемые образцы имеют небольшие геометрические размеры и обычно имеют форму дисков диаметром от 10 до 20 мм и толщину 0,2-0,5 мм.

Уже в ранних экспериментах по РКУ прессованию использовались значительно более крупные исходные заготовки с круглым или квадратным поперечным сечением, вырезанные из прутков, длиной от 70 до 100 мм. Диаметр поперечного сечения или его диагональ достигали 20 мм.

При реализации РКУ прессования заготовка неоднократно продавливается в специальной оснастке через два канала с одинаковыми поперечными сечениями, пересекающимися обычно под углом 90°. При необходимости, в случае труднодеформируемых материалов, деформация осуществляется при повышенных температурах или при увеличенных углах пересечения каналов. При этом особые требования предъявляются к термостойкости и прочности оснастки. Каждый проход при наиболее часто используемом угле пересечения каналов 90° соответствует накопленной степени деформации, примерно равной 1.

Методом РКУ прессования сильное измельчение микроструктуры может быть достигнуто относительно легко уже после одного или нескольких проходов как в чистых металлах, так и в сплавах. Однако обеспечение формирования однородных УМЗ структур с большеугловыми границами зерен методом РКУ прессования требует заметно большего числа проходов (как правило, 8 и более). Свидетельством формирования ультрамелкозернистых структур могут служить снимки электронной микродифракции с отдельных участков, на которых многочисленные дифракционные пятна, расположенные вдоль колец, указывают на появление высоких разориентировок в структуре. Использование таких современных способов электронной дифракции, как микроскопия ориентационных изображений или дифракция электронов обратного рассеяния является наиболее надежным свидетельством появления преимущественно большеугловых границ зерен после многопроходного РКУП.

Известно, что важнейшим параметром процесса при этом также является выбранный маршрут РКУ прессования. Подробные исследования влияния маршрутов РКУ прессования на характер формирующейся микроструктуры проводились для сплавов AI-Mg и чистого Ti. Было показано, что однородная микроструктура формируется в сплавах только после 4-6 проходов в результате использования так называемого маршрута ВС. При этом заготовка между последовательными проходами поворачивалась в одном и том же направлении вокруг своей оси на угол 90°. Анализ параметров сдвига для разных маршрутов обработки указывает на то, что использование маршрута ВС приводит к восстановлению формы изначально кубического элемента образца до прессования после 4n или 2n (n - целое число) проходов через оснастку. Это ведет к формированию однородной равноосной структуры. Аналогичные исследования влияния маршрутов РКУ прессования на микроструктуру чистого Ti также свидетельствуют о предпочтительности использования маршрута ВC с точки зрения формирования равноосной зеренной структуры и лучшего качества формы и поверхности заготовок.

Для развития методов важным является также проведение экспериментального и компьютерного моделирования механики РКУ прессования, в частности, напряженно-деформированного состояния материала, анализ контактных напряжений между образцом и стенками оснастки. Результаты исследований влияния коэффициента трения между деформируемой заготовкой и стенками оснастки, а также расчет контактных напряжений в стенках оснастки показали, что пластическая деформация сдвигом образца во время РКУ прессования может быть весьма неравномерной. В то же время была обнаружена существенная зависимость равномерности пластической деформации от условий трения между заготовкой и оснасткой. Были разработаны подходы для достижения большей равномерности РКУ прессования за счет оптимизации условий трения на основе результатов, полученных в эксперименте и компьютерном моделировании методом конечных элементов. На этой основе были изготовлены новые оснастки и получены массивные заготовки с однородными ультрамелкими зернами из Ti и его сплавов. При этом был достигнут максимальный размер заготовок диаметром 60 мм и длиной 200 мм.

Еще одним из путей, весьма важным для повышения однородности формирующейся УМЗ структуры, а также снижения повреждаемости заготовок, является применение противодавления при РКУ прессовании. Это позволило также осуществить РКУ прессование таких малопластичных и труднодеформируемых материалов, как вольфрам, закаленные алюминиевые сплавы, некоторые стали. Несмотря на очевидный прогресс в последние годы в развитии метода РКУ прессования с целью формирования однородных УМЗ структур в массивных заготовках из различных металлов и сплавов, актуальными остаются задачи дальнейшего уменьшения получаемого размера зерен до наноразмеров и увеличения размеров образцов, особенно для низкопластичных материалов. Актуальной задачей для проводимых исследований, направленных на повышение технологической эффективности, также является разработка непрерывного процесса РКУ прессования и его комбинаций с другими методами обработки.

Дата добавления: 2014-05-20; просмотров: 437; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!