Спосіб деформування реологічно складних металів та сплавів

Спосіб деформування реологічно складних металів та сплавів, який відрізняється тим, що пластичну формозміну ведуть з логарифмічними степенями деформації, які перевищують характеристичні степені деформації в 1,5...4,5 разу. (19) (21) a201004356 (22) 14.04.2010 (24) 10.02.2012 (46) 10.02.2012, Бюл.№ 3, 2012 р. (72) ШЛОМЧАК ГЕОРГІЙ ГРИГОРОВИЧ, ФІРСОВА ТЕТЯНА ІВАНІВНА, СОСНЄВ ІЛЛЯ ЮРІЙОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ (56) UA 20358 A; 27.02.1998 Шломчак Г.Г. Новое направление в экспериментальной механике - пластическое формоизменение 3 гически сложных металлов. - Киев, 1991. - 11 с. Деп. в УкрНИИ-НТИ 13.08.91, №1167-Ук 91]. На підставі результатів уперше виконаних авторських досліджень закономірностей пластичної формозміни різних металів і сплавів розроблена їх класифікація за реологічною складністю [Шломчак Г. Г. Реологические классы металлов // Матер. 2-й Междунар. конф. «Материалы для строительства» (IСМВ'93). - Днепропетровск, 1993. - С. 69-70]. Узагальнююча схема результатів цих досліджень наведена на фіг. 1. Метали, які не зміцнюються (на фіг. 1 не наведено), віднесені до І реологічно простого класу. До реологічно простих належать також метали, які характеризуються монотонно зростаючою кривою    (фіг. 1, II клас). Динамічно аномально знеміцнювані метали відрізняються одним максимумом на кривих    . Вони віднесені до третього реологічно складного класу металів (фіг. 1, III клас). Реологічно складний IV клас металів характеризується (фіг. 1, IV клас) наявністю двох екстремумів (максимуму і мінімуму). Відмінною рисою металів цього класу є їхня схильність до вторинного динамічного зміцнення після первинного знеміцнення. На рисунку (фіг. 1)  x - характеристична степінь деформації, яка відповідає максимальній величині первинного зміцнення, а  x - максимальному зне міцненню. Величина  x вказує на початок динамічного знеміцнення,   - на початок вторинного x динамічного зміцнення, в результаті чого формується рівномірно подовжена шийка при подальшому розтягуванні зразка (фіг. 1, етап 3). У рамках започаткованої авторами складнореологічної концепції пластичного формозмінення металів розрізняють: малі пластичні деформації сумірні з пружними; великі пластичні деформації від «малих» до характеристичних  x степенів деформації; надвеликі - такі, що перевищують характеристичні і протікають за умов динамічного знеміцнення. Діапазон величин характеристичних степенів деформацій  x реологічно складних металів дуже широкий. Згідно з довідковими даними [Полухин П. И., Гун Г. Я., Галкин А. И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с], наприклад,  x вуглецевих сталей - 0,35...0,6; цинку - 0,2...0,3; магнію - 0,15...0,2; сплаву цирконію з 2,5 % ніобію 0,03...0,05 (3..5%), тобто надвеликими деформаціями вуглецевих сталей є величини  x , які перевищують 0,35...0,6; для магнію - 0,15...0,2; сплавів типу Zr + Nb - всього 0,03...0,05 (3..5 %). Вперше авторами експериментально пластичним стисненням циліндричних зразків встановлено, що закономірності плину металів при стисненні значною мірою обумовлюються формою кривих    (фіг. 1), тобто їх реологічними властивостями. Пусковим механізмом до зміни закономірностей пластичного плину реологічно складних металів є аномальне динамічне знеміцнення або вто 97413 4 ринне знеміцнення реологічно складного металу при деформаціях, які перевищують характеристичні -  x . Однак, ні в теорії пластичної формозміни металів, ні в практиці створення технологій обробки металів тиском схильних реологічно складних металів до динамічного деформаційного знеміцнення не використовується. Пластичне деформування металів здійснюється деформаціями, які не перевищують  x . За довідковими даними [Полухин П. И., Гун Г. Я., Галкин А. И. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с.] будь-яке, навіть дуже короткочасне (0,1 с), переривання процесу деформування призводить до втрати ефекту динамічного знеміцнення металу. На фіг. 2 наведена порівняльна схема витрат енергії на деформацію при однорідному пластичному стисненню осаді зразків реологічно складного металу за одну операцію - з надвеликими деформаціями 4  x  , тобто в режимі знеміцнення (суцільна крива) і за чотири операції з обтисками, 1 x,2  x,3  x,4  x (пунктирні лінії). Різниця у витратах енергії позначена заштрихованими площами. Згідно з роботою [Shlomchak G. G., Mamuzic I., Vodopivec F. Deformation Anomalies of Higher Order during the Plastic Extention of Rheologically Complex Materials // Kovine, zlitine, tehnologije, Ljublijana, letnik 28, stevilka 4, 1994. - S. 583-587] у більшості випадків кожна наступна операція потребує навіть більших витрат енергії в результаті підвищення зміцнення металу від операції до операції. У таких випадках різниця у витратах енергії при деформуванні за одну операцію з надвеликою деформацією і дрібними деформаціями буде ще більш значною. При виконанні з урахуванням вимог теорії подібності лабораторного фізичного моделювання процесу прокатки з використанням методу муарових смуг авторами встановлено, що в умовах надвеликих деформацій процес прокатки високої штаби з реологічно складного металу відрізняється: а) можливістю ведення прокатки з неможливими раніш великими кутами контакту з валками (>70°) в сталих стадіях процесу; б) степенями деформації - до 90 %   14 і , більшими, в залежності від степені реологічної складності металу (пробуксовка штаби в валках наступає при   4,5  x залежно від реологічних складностей металу; в) переваженням в більшій частині обсягу осередку деформації знеміцнення металу; г) суттєвою економією енергії на деформування за рахунок знеміцнення металу в порівнянні з процесом роздрібненої прокатки з невеликими степенями деформації - до  x ; д) тим, що ефект помітного впливу знеміцнення реологічно складного металу проявляється при степенях деформації   15  x . , На фіг. 3 наведена схема осередку деформації з реальним, дослідно одержаним, його розподі 5 лом на: І - недеформовану (пружну) частину; II частину, яка деформується в умовах зміцнення; III - частину, де метал знеміцнюється. Суть винаходу полягає у використанні ефекту динамічного деформаційного знеміцнення реологічно складних металів за умов надвеликих разових ступенів деформації - таких, що перевищують характеристичні  x в 1,5...4,5 разу, чим обумовлюється більш високий технічний результат: зменшення кількості технологічних операцій і витрат енергії на деформування металу. Приклад практичної реалізації способу деформування реологічні складного металу. Здійснювалася поздовжня прокатка високих штаб. Використовувався спеціалізований лабораторний двовалковий прокатний стан нової конструкції [А. с. 178491 СССР, МКИ В21В 1/00.], з ланцюговим приводом, який забезпечує рівність розподілу моменту прокатки між валками. Валки сталеві, загартовані до HRC 55-58, діаметром 100 мм. Довжини бочки валків - 120 мм. Робоча поверхня валків оброблена електроіскровим способом до шорсткості Rz  0,05 мм. Стан дозволяє отримувати неспотворені недокати - «миттєві» осередки деформації - шляхом підняття верхнього валка за 0,2 мкс при їх коловій швидкості валків Vв  10 мм/с. Заготовки-штаби перерізом 40 40 мм та довжиною 120 мм виготовлялися зі спеціально створеного матеріалу для моделювання деформаційних аномалій вищих порядків реологічно складних металів [Пат. 20358 97413 6 Україна, МПК G01N 3/28; 11/00] - свинцевого сплаву з характеристичним степенем деформації x  0,3 (реологічна модель низьковуглецевої сталі). Для поліпшення початкового захоплення металу валками передні частини зразків загострювалися. Прокатка проводилася зі збільшенням степеня деформації кожного наступного зразка на тобто при x  0,5 , 1  1 x ; 2  15  x  8  4,5  x . , Установлено, що процес прокатки протікає стабільно при разовому степені деформації   4,5  x  135 , тобто, при надвеликій деформа, ції   90% . За наявними у заявника відомостями передбачувана сукупність суттєвих ознак, що характеризують суть винаходу, невідома із сучасного рівня техніки, отже, винахід відповідає критерію «новизна». Суть винаходу, що заявляється, не витікає явно для фахівця з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, що характеризують відомі рішення, не забезпечують досягнення нових результатів і тільки наявність невідомих раніш ознак, заснованих на нововиявлених явищах та закономірності деформування реологічно складних металів, дозволяє отримати нові властивості, новий технічний результат. Отже, запропонований спосіб відповідає критерію «винахідницький рівень». 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 97413 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601