авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ технологий интенсивной пластической деформации И СОЗДАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ по схеме РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ для получения УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ металлических

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Рааб Георгий Иосифович

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ технологий интенсивной пластической деформации

И СОЗДАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ по схеме РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ

для получения УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТЫХ металлических полуфабрикатов

Специальность 05.03.05 – Технология и машины обработки давлением

(технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа – 2009

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики перспективных материалов научно-исследовательской части ГОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Научный консультант - доктор физико-математических наук,

профессор

Валиев Руслан Зуфарович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Платов Сергей Иосифович,

доктор технических наук,

профессор

Коджаспиров Георгий Ефимович,

доктор технических наук,

профессор

Шеркунов Виктор Георгиевич

Ведущая организация - Институт металлургии

и материаловедения РАН

имени А.А. Байкова (г. Москва)

Защита состоится 12 ноября 2009 г. в малом актовом зале

в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.03 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.В. Жиркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание ультрамелкозернистых (УМЗ) состояний в металлах и сплавах, с размером зерен менее микрона приводит к изменению некоторых их физических величин и заметному (в 1,5-3 раза) увеличению характеристик прочности. Разработка и использование НС металлических объемных конструкционных материалов, обладающих высоким комплексом физико-механических свойств, имеет большое значение для ускоренного развития металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности. Решение задачи массового производства таких материалов на высоком и современном техническом уровне является важной отраслевой и государственной проблемой.

Для выпуска массовой продукции из НС материалов наиболее перспективны деформационные нанотехнологии (ДНТ), основанные, в частности, на развитии методов интенсивной пластической деформации (ИПД) 1

*, т.е. процессов деформирования при температурах ниже порога рекристаллизации с высоким уровнем накопленной деформации е = 4-8 и повышенных удельных силах на инструмент. Использование методов ИПД может приводить к формированию УМЗ структуры субмикрометрического диапазона со средним размером зерен 200-500 нм и развитой внутризеренной субструктурой с размерами элементов менее 100 нм, что позволяет отнести эти материалы к классу объемных наноструктурных материалов. Оценивая важные преимущества методов ИПД, следует отметить, что при формировании УМЗ структур в металлах и сплавах, не изменяется их исходный химический состав, что и упрощается использование таких материалов на рынке. Также методы ИПД, являясь, по сути, новыми применениями методов обработки металлов давлением (ОМД), имеют возможность встраиваться в существующие технологические цепочки на стадиях металлургического передела слиток – полуфабрикат или полуфабрикат – изделие.



Представленная работа направлена на разработку технологий ИПД и оборудования для получения УМЗ полуфабрикатов в виде прутков и проволоки, что весьма актуально, т.к. в современных условиях полуфабрикаты такого сортамента являются массовой продукцией, которая составляет около четверти мирового рынка металлов.

На момент постановки задач данной диссертационной работы в середине 90-х годов научно-технический задел по оборудованию и использованию методов ИПД ограничивался получением лабораторных УМЗ образцов чистых металлов и некоторых сплавов. Преимущественно применялись: исследовательский инструмент по схеме равноканального углового прессования (РКУП) с традиционным углом пересечения каналов Ф = 90°; устройства для кручения под высоким гидростатическим давлением (КВГД) и метод всесторонней ковки на плоских бойках. Как правило, температурный интервал формирования УМЗ структур располагается ниже 0,4 Тпл, т.е. это холодная деформация, осуществляемая в условиях повышенных контактных сил деформирования, ограниченной технологической пластичности и дробной, суммарно сверхвысокой деформации. В связи с этим, одной из важных целей представленной работы явилась разработка научно-технических основ технологий ИПД и создание оборудования для получения образцов, заготовок и длинномерных полуфабрикатов УМЗ промышленных сплавов, включая малопластичные и труднодеформируемые. Базовым процессом для исследований был выбран метод РКУП, как наиболее эффективный при получении HC материалов.

Создание технологий ИПД для промышленного использования является сложной научно-технической проблемой. Для её реализации необходимыми условиями являются исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) и кинетики силовых параметров процессов, изучение факторов, влияющих на однородность течения и структурного состояния, разработка доступных в заводских условиях методик анализа технологичности методов ИПД. Важной задачей исследований явился поиск объективных критериев для прогнозирования структурного состояния, свойств получаемых материалов и создания технологических рекомендаций при проектировании перспективных промышленных ИПД технологий.

Кроме того, центральной задачей работы явилось создание нового высокопроизводительного и надежного оборудования для обработки ИПД различных металлов и сплавов.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы заключается в установлении взаимосвязей технологических аспектов методов ИПД со структурообразованием и созданием на этой базе новых высокоэффективных технологических процессов и оборудования для получения образцов, заготовок и полуфабрикатов из УМЗ металлов и сплавов с качественно новым уровнем их физико-механических свойств.

Цель работы - разработка оборудования, теоретических и прикладных основ получения методами ИПД образцов, заготовок и полуфабрикатов УМЗ металлов и сплавов с высоким уровнем физико-механических свойств.

Для достижения поставленной в работе цели решались следующие основные задачи:

1. Разработка концепции, определяющей эффективность структурообразования при масштабировании процесса РКУП различных материалов.

2. Выявление и исследование наиболее значимых параметров очага деформации при РКУП, определяющих эффективность структурообразования.

3. Разработка и исследование новых схем РКУП, обеспечивающих эффективное структурообразование.

4. Исследование технологических особенностей обработки при формировании УМЗ состояний в малопластичных и труднодеформируемых металлах и сплавах.

5. Разработка высокотехнологичных и экономичных опытно-промыш-ленных процессов и оборудования для получения методами ИПД полуфабрикатов УМЗ промышленных технически чистых металлов и сплавов.

Научная новизна работы:

- предложен и формализован показатель, определяющий эффективность наноструктурирования материалов деформационными методами в виде отношения площади очага деформации к его объему и приращения этой величины в процессе деформации;

- на основе анализа напряженно-деформированного состояния в заготовке разработаны обоснованные принципы, позволившие развить метод РКУП (использование противодавления, изменение геометрии инструмента) для обработки малопластичных и труднодеформируемых материалов;

- впервые теоретически и экспериментально исследованы новые методы деформационного наноструктурирования, а именно: РКУП в параллельных каналах (РКУП-ПК); РКУП по схеме «Конформ» (РКУП-К) для получения длинномерных УМЗ заготовок; созданы технологии и оборудование для их реализации.

- предложены и разработаны новые технологические процессы, а также определены режимы деформационного наноструктурирования для промышленных металлов и сплавов на основе Ti, Fe, Al и Cu и сплавов на их основе для получения полуфабрикатов и изделий с повышенным уровнем их механических и функциональных свойств;

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция, определяющая эффективность структурообразования при масштабировании процесса РКУП материалов, заключающаяся в доминирующей роли отношения площади очага деформации к его объему и дополнительной знакопеременной деформации вдоль линий тока при реализации схемы сдвига.

2. Принципы развития метода РКУП (использование противодавления, рациональное сочетание геометрии оснастки и температуры обработки) для наноструктурирования малопластичных и труднодеформируемых металлов и сплавов.

3. Методологические основы создания новых технологий и оборудования деформационного наноструктурирования, на основе развития и создания схем РКУП с повышенной интенсивностью немонотонного воздействия за цикл обработки, а также развития схем, использующих активные силы трения.

4. Принципы комбинированных технологических процессов наноструктурирования промышленных металлов и сплавов на основе Ti, Fe, Al и Cu для получения полуфабрикатов и изделий с повышенными механическими и функциональными свойствами.

Практическая значимость работы. В результате теоретических и экспериментальных исследований и полученных на их основе новых закономерностей формирования УМЗ структур методами деформационного наноструктурирования разработан ряд высокоэффективных ИПД технологий, позволяющих изготовить полуфабрикаты: прутки и проволоку из конструкционных металлов и сплавов с повышенными физико-механическими свойствами, в том числе:

- разработаны технологические рекомендации комбинированной обработки методами РКУП-К и последующего волочения и получены длинномерные высокопрочные полуфабрикаты-прутки из УМЗ титана и других металлов;

- разработаны технологические режимы получения УМЗ труднодеформируемых материалов методом РКУП таких как: вольфрам (рост микротвердости с 5000 до 6000 МПа); титановый сплав ВТ6 (рост прочности в 1,5 раза относительно традиционной упрочняющей обработки); нитинол (повышение функциональных свойств); технически чистые марки титана, ВТ1-0 и международные аналоги Grade2, Grade4 (рост предела прочности в 1,5-1,8 раза при относительном удлинении более 12%);

- впервые разработано и изготовлено опытно-экспериментальное оборудование для РКУП-К в условиях холодной и теплой деформационной обработки;

- впервые проведено опытно-промышленное опробование совмещенной схемы прямого выдавливания с процессом РКУП-ПК для получения УМЗ алюминиевого сплава марки 1010;

- на научно-технической базе полученных знаний впервые создано опытно-промышленное производство УМЗ полуфабрикатов из технических марок титана для медицинского применения.

Новизна технологических и конструкторских разработок защищена 11 патентами.

Результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе при проведении практических и лабораторных работ студентов разных специальностей для изучения методов деформационного наноструктурирования на кафедрах ГОУ ВПО «УГАТУ», ГОУ ВПО «МГТУ» и других вузов.

Обоснованность выносимых на защиту научных положений, выводов и рекомендаций. Расчеты НДС проводились с привлечением теории пластичности, механики сплошных сред, реологии и методик ОМД, а также современных компьютерных программ численного моделирования процессов пластического формоизменения. Обоснованность расчетов вытекает из их соответствия экспериментальным данным. Достоверность полученных результатов структурных исследований подтверждается использованием современного оборудования (JEM2100, JSM6390, ДРОН-3М) и методов исследования, включая электронную микроскопию и рентгеноструктурный анализ, публикацией результатов в реферируемых журналах.





Работа выполнялась в рамках государственных научно-технических программ Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (2001-2002 гг.); «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала» (2001 г.); Президиума РАН «Фундаментальные проблемы физики и химии наноразмерных систем и наноматериалов» (2003-2004 гг.); ФЦП «Интеграция» «Конструкционные наноструктурные материалы: получение, исследование и применение» (1999-2003 гг.); грантов РФФИ и проектов МНТЦ (1999-2008 гг.).

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: Международной конференции НАТО (Москва, 1999); конференции по термомеханической обработке металлических материалов, посвященные 80-летию со дня рождения М.Л. Бернштейна (Москва, 1999); Международной конференции по наноматериалам, полученным интенсивной пластической деформацией (Австрия, Вена, 2002); Международных конференциях TMS (США, 2003, 2004, 2005, 2008); 1-ой Всероссийской конференции по наноматериалам НАНО 2004 (Москва, 2004); Международной конференции по наноматериалам, полученным интенсивной пластической деформацией (Япония, Фукуока, 2005); Международных научно-технических конференциях «Высокие давления» (Украина; 2000, 2002, 2004, 2006); Международной научно-практической конференции «Нанотехнологии и информационные технологии – технологии 21 века» (Москва, 2006); Третьей Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» (Москва, 2006); Международной научно-технической конференции «Наноматериалы, полученные интенсивной пластической деформацией в условиях высоких давлений» (Украина, Судак, 2007); Всероссийской конференции по наноматериалам НАНО 2007 (Новосибирск, 2007); Международной научно-технической конференции «Физико-технические проблемы формирования структуры и свойств материалов методами обработки давлением» (Украина, Краматорск, 2007); Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование при обработке материалов давлением» (Ульяновск, 2007); Международном симпозиуме «Объемные наноматериалы» (Уфа, 2007); Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2007); Международной конференции по наноматериалам, полученным интенсивной пластической деформацией (Германия, Гослар, 2008), Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2009).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов и библиографического списка, включающего 217 наименований. Диссертация изложена на 247 страницах машинописного текста, содержит 121 рисунок и 34 таблицы.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 58 печатных работах, в том числе в 24 рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК и 11 патентах на изобретение.

Главы 1 и 2 диссертационной работы подготовлены при научной консультации д.т.н. Ф.З. Утяшева.

Состояние вопроса.

Научные принципы создания технологий интенсивной пластической деформации недостаточно развиты, что сдерживает использование методов пластического структурообразования в практике. Большой вклад в исследования процессов пластического структурообразования простым сдвигом с использованием схемы РКУП внесла минская научная школа под руководством Сегала В.М. Также в ряде работ Брижмена П.В., Колмогорова В.Л., Тюрина В.А., Богатова А.А. и др. отмечается положительное воздействие сдвиговой деформации на измельчение структуры и свойства изделий. Влияние больших деформаций на структуру и свойства активно исследуется коллективом под руководством Рыбина В.В., используя, преимущественно, методы термомеханической обработки (ТМО). Методам подготовки структуры заготовок для сверхпластической деформации посвящен ряд работ Смирнова О.М., Кайбышева О.А., Валиева Р.З. и др.

Последние 15-18 лет методы ИПД стали использоваться для получения УМЗ металлов и сплавов. В настоящее время они входят в стадию создания промышленных технологий и промышленного оборудования для массового производства УМЗ материалов.

В этой связи, работа посвящена развитию методов ИПД, как одного из современных экономически целесообразных направлений получения комплекса высоких механических свойств металлических материалов. Основной целью работы является развитие научных основ создания высокоэффективных и прогрессивных методов ИПД и разработка на этой базе промышленных деформационных технологий получения УМЗ полуфабрикатов и заготовок. В основу теоретических и технических разработок, используемых в работе, были положены труды отечественных ученых Андриевского А.М., Богатова А.А., Валиева Р.З., Глейзера А.М., Грудева А.П., Добаткина С.В., Ерманка М.З., Левита В.И., Могучего Л.Н., Овчинникова А.Г., Панина В.Е., Перлина Л.И., Полухина П.И., Прозорова Л.В., Райтбарга Л.Х., Ренне И.П., Рыбина В.В., Сегала В.М., Тылкина М.А., Штремеля М.А., Унксова Е.П., и др. и зарубежных исследователей Л. Гляйтера, Т. Ленгдона, Н. Хансона, З. Хориты и др.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации. Определены цели исследований; изложена научная новизна и практическая значимость работы; сформулированы основные положения, выносимые на защиту; приведены сведения об апробации работы и публикациях, структуре и объему диссертации.

В первой главе подробно представлен метод ИПД способом РКУП и его использование для получения УМЗ металлов и сплавов. Известно, что РКУП предполагает многоцикловую обработку прессованием одной заготовки в оснастке с пересекающимися под углом каналами (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема оснастки для РКУП с углом пересечения каналов Ф = 90° (а); геометрия канала прессования и схема деформации при РКУП - (б); схема действующих сил (в);

используемые маршруты обработки при РКУП (г)



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.