Спосіб реалізації надпластичного стану матеріалу у процесі деформування

1. Спосіб реалізації надпластичного стану матеріалу у процесі деформування, що включає нагрівання зразка матеріалу до заданої температури, витримування протягом певного часу, а також наступне розтягування, який відрізняється тим, що додатково послідовно статично розтягують за кімнатної температури декілька серій однакових зразків досліджуваного матеріалу, кожну до заданого ступеня деформацій, який менше деформацій в, яка відповідає межі міцності матеріалу в, і послідовно кожен із зразків з будь-якої серії безперервно піддають раптовим змінам в режимі навантаження за однаковим складним законом у декілька етапів із зростаючою середньою швидкістю деформації, на першому етапі раптово підвищують швидкість деформації, на другому раптово знижують і на третьому знову раптово підвищують, незруйновані зразки кожної серії розвантажують і фіксують на кожному із зразків залишкове видовження, вибирають з кожної серії зразок з максимальним залишковим видовженням і повторно ці зразки послідовно статично навантажують до рівня деформації 1...2%, і послідовно піддають раптовим змінам у режимі навантаження за однаковим складним законом, аналогічно попередньому для цих конкретних зразків, незруйновані зразки розвантажують і ще раз статично послідовно на C2 2 UA 1 3 91389 4 вимагають обов'язкового нагріву матеріалу до вимації практично лінійної ділянки останнього етапу сокої температури, близької до температури плавстатичного навантаження з усіх випробуваних зралення, задану температурну витримку і наступного зків, причому середні швидкості деформації в пророзтягу. цесі раптових змін в режимі навантаження задаДля металевих наноструктур спостерігається ють в діапазоні 1%/с-100%/с., а час процесу низькотемпературна надпластичність при темпераптових змін в режимі навантаження складає 0,1ратурах 450-470°С, що значно менше температури 1,1с., крім того середні швидкості деформації в плавлення. Проте всім цим способам властивий процесі першого етапу раптового підвищення один головний недолік, для реалізації надпластичшвидкості деформації задають в діапазоні 1ного стану необхідно експериментальне підібрати 145%/с, і час першого етапу складає 1...15% від складний режим нагріву і температурної витримки повного часу процесу раптових змін в режимі наматеріалу і жоден із відомих способів не дозволяє вантаження, крім того середні швидкості дефорреалізувати ефект надпластичності за кімнатної мації в процесі другого етапу раптового зниження температури. швидкості деформації задають в діапазоні 0,1Найбільш близьким за технічною сутністю до 10%/с, і час другого етапу складає 3...20% від поврішення, яке заявляється є спосіб реалізації надного часу процесу раптових змін в режимі наванпластичного стану матеріалу у процесі деформутаження, а також середні швидкості деформації в вання, згідно якого зразок матеріалу нагрівають до процесі третього етапу раптового підвищення заданої температури, витримують певний час, а швидкості деформації задають в діапазоні 1потім розтягують (О единой кривой в механике 145%/с., причому кількість етапів раптового підвисверхпластичности. Р.А.Васин, В.К.Бердин, щення і зниження деформацій задають більше Р.М.Кашаев. Проблемы прочности, 2001, №6, С.7). трьох. Головним недоліком відомого способу є немоУ запропонованому способі вдало використожливість реалізації надпластичного стану матеріавується ефект ударно-хвильового синтезу. Раптолів у процесі деформування за кімнатної темпераве підвищення швидкості деформації на першому тури. етапі раптових змін в режимі навантаження, у поВинаходом ставиться завдання розробки досрівнянні із статичним розтягом, а потім раптове товірного контрольованого способу реалізації надгальмування швидкості деформації на другому пластичного стану матеріалу у процесі деформуетапі призводить до того, що раптово змінюється вання за кімнатної температури. баланс енергії на етапі раптового уповільнення Поставлене винаходом завдання досягається процесу деформування і при цьому значна частитим, що у способі реалізації надпластичного стану на кінетичної енергії високошвидкісного деформуматеріалу у процесі деформування, що включає вання першого етапу дисипує у дослідному матенагрівання зразка матеріалу до заданої темпераріалі, перетворюючись у тепло і викликає істотні тури, витримування протягом певного часу, а таструктурні зміни. кож наступне розтягування, згідно винаходу додаТаким чином, через те, що процеси, що відбутково послідовно статично розтягують за кімнатної ваються, дуже швидкі, вони можуть розглядатися в температури декілька серій однакових зразків доадіабатичному режимі, що призводить до ефектисліджуваного матеріалу, кожну до заданого ступевного використання енергії. Внутрішній розігрів матеріалу, необов'язково всього об'єму, а можлиня деформацій, який менше деформацій в, яка во будь-якої утвореної замкненої об'ємної тонкосвідповідає межі міцності матеріалу в, і послідовно мугової структури, в даному випадку здійснюється кожен із зразків з будь-якої серії безперервно підбез зовнішнього температурного нагріву. При подають раптовим змінам в режимі навантаження за вторному раптовому підвищенні швидкості дефооднаковим складним законом у декілька етапів із рмації (третій етап) фактично деформується матезростаючою середньою швидкістю деформації, на ріал з новою утвореною структурою, що володіє першому етапі раптово підвищують швидкість девластивостями надпластичного стану. формації, на другому раптово знижують і на треЕксперименти показали, що структура матерітьому знову раптово підвищують, незруйновані алу після одноразового складного режиму наванзразки кожної серії розвантажують і фіксують на таження (статичний розтяг - раптові зміни в режимі кожному із зразків залишкове видовження, вибинавантаження, що складаються з трьох послідоврають з кожної серії зразок з максимальним залиних етапів) достатньо нестійка, внаслідок релаксашковим видовженням і повторно ці зразки посліції напружень вона може частково знищуватись довно статично навантажують до рівня деформації при наступному статичному навантаженні або роз1-2%, і послідовно піддають раптовим змінам у вантаженні. режимі навантаження за однаковим складним заТому, пропонується описану процедуру на діконом, аналогічно попередньому для цих конкретлянці зміцнення матеріалу до деформації в, яка них зразків, незруйновані зразки розвантажують і відповідає межі міцності матеріалу в, повторюваще раз статично послідовно навантажують до рівня деформацій 1-2%, потім знову піддають раптоти не менше трьох разів. вим змінам в режимі навантаження за однаковим Причому, для того щоб охопити увесь діапазон складним законом, аналогічно двом попереднім реалізації надпластичного стану матеріалів за задля цих конкретних зразків, незруйновані зразки пропонованим способом і виявити максимальний розвантажують і остаточно послідовно статично ефект, пропонується проводити досліди на декільнавантажують до повного поділу їх на частини, а кох серіях однакових зразків за різних ступенях про ступінь реалізації надпластичного стану матедеформацій, менше в із зростаючою середньою ріалу судять за величиною максимальної дефор 5 91389 6 швидкістю деформації при раптових змінах в реетапу раптового зниження швидкості деформації – жимі навантаження. 3-20% від повного часу процесу. А для того, щоб після кожного чергового склаПроцедура випробувань не виключає завдандного режиму навантаження оцінювати ступінь ня етапів підвищення і зниження швидкості дефостабілізації структури, за якої матеріал набуває рмації більше трьох описаних. В даному випадку надпластичного стану, пропонується повторно можливі варіанти регулювання структурними змістатично навантажувати матеріал зразка до рівня нами в матеріалі в процесі деформування. деформації 1-2%. Слід окремо підкреслити, що всі Методика випробувань реалізована на базі три етапи запропонованого складного режиму намодернізованої випробувальної гідравлічної мавантаження необхідно здійснювати безперервно, шини ZD-100Рu. Установка обладнана високоточбез будь-яких зовнішніх зупинок процесу навантаною комп'ютеризованою вимірювальною систеження. мою, яка дозволяє фіксувати до 2400 вимірювань Експериментальне встановлено, що при реаза секунду і пристроєм, що дозволяє реалізувати лізації не менше трьох послідовних змін статичнораптові зміни в режимі навантаження. го розтягу і складного запропонованого режиму У момент досягнення заданої деформації на навантаження, що складається з трьох етапів, зразках, руйнуються крихкі проби металу різного структура матеріалу стабілізується і фактично ремінімального діаметру, що розтягуються паралеалізується надпластичний стан за кімнатної темльно із зразком. ператури. Експериментальне також встановлено, За рахунок цього динамічного імпульсу раптощо ключову роль при такому складному режимі во підвищується швидкість деформації. Однак, навантаження пластичного матеріалу відіграє час слід врахувати відміннуособливість гідравлічної процесу і середні швидкості деформації при таких машини ZD-100Рu, в ній наявна масивна рухома раптових змінах. траверса (маса складає 1325кг) і тому на початкоВиявлені ефекти в максимальному ступені фівому етапі зростання швидкості деформації здійснюється миттєва затримка процесу високошвидкіксуються при часі протікання процесів =0,1-1,1сек сного деформування пластичного матеріалу, в і середніх швидкостях деформації в діапазоні першу чергу, за рахунок інерційності рухомої тра сер 1 100% / c . При цьому, середні швидкості верси. В подальшому швидкість деформації продеформації в процесі першого етапу раптового довжує раптово зростати до максимуму, потім підвищення швидкості деформації задаються в процес уповільнюється і після певного стрибка діапазоні 1-145%/с, середні швидкості деформації деформації в фіксованому режимі, процес наванв процесі другого етану раптового зниження швидтаження зупиняється. кості деформації задаються в діапазоні 0,1-10%/с, На Фіг.1. наведені результати випробувань а середні швидкості деформації в процесі третього зразка з нержавіючої сталі (ділянка І відповідає етапу раптового підвищення швидкості деформації першій раптовій зміні в режимі навантаження, дізадаються в діапазоні 1...145%/с. лянка II - другій раптовій зміні в режимі навантаПроведені експерименти на різних матеріалах: ження, ділянка III - третій раптовій зміні в режимі сталі Ст3, 20, 12Х2МФА, нержавіючій, мартенситнавантаження, ділянка IV - реалізованому надплано-старіючій, алюмінієвий сплав Д16, армко-залізо, стичному стану матеріалу). показали, що при швидкостях деформації Типова картина розшифровки процесу дефо сер 1% / c досліджувані ефекти реалізації надрмував ня навантажувальної системи (центральний зразок і дві паралельно встановлені крихкі пластичного стану незначні, а збільшення швидкопроби) в часі при першій раптовій зміні в режимі сті деформації  сер вище 100%/с призводить до навантаження (див. Фіг.2) чітко виявляє три описапрактично повного поділу зразків з будь-якого плані етапи деформування матеріалу зразка: І етап стичного матеріалу на частини в процесі раптових раптове підвищення швидкості деформації, II етап змін в режимі навантаження. - раптове зниження, III - етап знову раптове підвиВажливу роль у запропонованому способі відіщення. Тут крива 1 відповідає зусиллю на зразку; грає часове співвідношення етапів складного накриві 2,3 - зусилля на крихких пробах, 4 - дефорвантаження. Дійсно, якщо дуже рано або дуже мація зразка. пізно раптово загальмувати процес високошвидкіКартини розшифровки процесу деформування сного деформування пластичного матеріалу то в навантажувальній системі в часі при другій і треефекти реалізації надпластичного стану матеріалу тій раптових змінах в режимі навантаження можуть зовсім не виявитися. В одному граничному аналогічні. випадку просто відбудеться зупинка процесу деТаким чином, застосування способу дозволяє формування матеріалу, а в іншому - реакція матеефективно реалізувати надпластичний стан матеріалу на підвищення швидкості деформації буде ріалу у процесі деформування за кімнатної темпевідповідати класичному випадку випробувань на ратури. високошвидкісне деформування. При цьому, з використанням запропонованого Експериментальне встановлено, що час перспособу вдається виявити і максимальний ефект шого етапу раптового підвищення швидкості дереалізації надпластичного стану матеріалу. формації має складати 1-5% від повного часу процесу раптових змін в режимі навантаження, а час 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 91389 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601