Диссертация (1026269), страница 8
Текст из файла (страница 8)
[22], Deem et al. [57] и Filoni иRocchini [71], систематизированных Mills [106] (Рисунок 2.1).Коэффициент теплопроводности, Вт / (м·К)61309552010001002003004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700оТемпература, СРисунок 2.1. Теплопроводность сплава ВТ6Зависимость удельной теплоемкости сплава ВТ6 от температуры былаУдельная теплоекмость, Дж / (м3·К)построена на основе работ Bros et al.
[45], Richardson и Mills [106] (Рисунок 2.2).350095530002500200001002003004005006007008009001000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700Температура, оСРисунок 2.2. Удельная теплоемкость сплава ВТ6Удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности сплава ВТ6меняются скачкообразно при температуре полного полиморфного превращенияТпп, которая для исследуемой плавки сплава ВТ6 равна 955 °С (определение Тппописано в разделе 3.2).62Для определения плотности теплового потока при расчетах конвективноготеплообмена использовался закон Ньютона-Рихмана:= (гдет−с ),(2.16)–коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К);т–абсолютная температура поверхности тела, К;с–абсолютная температура окружающей среды, К.Зависимость коэффициента теплопередачи смазки на основе графита пригорячей объемной штамповке сплава ВТ6 от температуры поверхности штампабыла получена в работе Hu et al.
[83] (2.3). В расчетах принимались постоянныезначения коэффициента теплопередачи, равные 3200 Вт/(м2·К) для процессадеформирования и 300 Вт/(м2·К) при выдержке без нагрузки.Циркуляция воздуха вокруг заготовки считалась свободной, коэффициентконвекции в расчетах принимался равным 17,2 Вт/(м2·К) [83].Для определения плотности теплового потока излучения с поверхноститела используется закон Стефана-Больцмана:=где,(2.17)–коэффициент теплового излучения (степень черноты);–постоянная Стефана-Больцмана,–абсолютная температура поверхности тела, К.= 5,67 ∙ 10 Вт/(м К );Коэффициент теплопередачи, Вт / (м2·К)6340001,00 1/c0,125 1/сВыдержка300032002000100030000100200300400500600700800900Температура поверхности штампа, °СРисунок 2.3. Коэффициент теплопередачи смазки на основе графитаЗависимостькоэффициентатепловогоизлучениясплаваВТ6оттемпературы была взята из работы Yang et al.
[67] (Рисунок 2.4). Треугольникомна рисунке показано значение коэффициента теплового излучения, полученноеКоэффициент теплового излученияв работе Coppa и Consorti [53].10.80.60.40.20010020030040050060070080090010001100Температура, °СРисунок 2.4. Коэффициент теплового излучения сплава ВТ62.4.Модель тренияПри горячей объемной деформации титановых сплавов нормальноедавление на контакте заготовки с инструментом значительно по сравнению с64напряжением течения, поэтому учет трения осуществлялся при помощи законаЗибеля,согласнокоторомукасательныенапряжениенаконтактныхповерхностях прямо пропорциональны напряжению течения:=где=,√3–касательные напряжения, МПа;–фактор трения, 0 ≤–постоянная пластичности, МПа.(2.18)≤ 1;Фактор трения в процессе расчета считался постоянным, возможнаяадгезия материала заготовки к инструменту не учитывалась.2.5.Методика прогнозирования микроструктуры сплава ВТ6 приобработке давлениемДля адекватного прогнозирования доли глобулярной структуры в процессеобработкидавлениемнеобходимоучитыватьследующиеизменениямикроструктуры:− динамическую глобуляризацию;− прямое полиморфное превращение;− обратное полиморфное превращение.Укрупненная блок-схема алгоритма, позволяющего осуществлять данныйрасчет представлен на Рисунке 2.5.
Данный алгоритм был реализован впрограммных комплексах DEFORM 11.0 и QForm VX 8.1.3.Введены следующие допущения:− огрубление структуры не происходит за счет сдерживающеговлияния межзеренной β-фазы;− полиморфное превращение происходит при достижении ТПП;65− продуктомобратногополиморфногопревращенияявляетсяламеллярная структура с параметрами, идентичными исходной;− статическая глобуляризация не учитывается;− кинетика динамической глобуляризации описывается уравнениемДжонсона-Мейла-Аврами-Колмогорова;− влияние типа и параметров исходной микроструктуры на кинетикудинамической глобуляризации не учитывается.НачалоШаг расчета МКЭРасчет доли β-фазынетдаε > 0 ?нетдаT < TПП ?нетXглоб =0ε > εcдаРасчет XглобнетдаРасчет окончен?Вывод результатовКонецРисунок 2.5.
Укрупненная блок-схема алгоритма прогнозированиямикроструктуры сплава ВТ6 при обработке давлениемСхематично моделируемые изменения микроструктуры в сплаве ВТ6изображены на Рисунке 2.6.66Рисунок 2.6. Моделируемые изменения микроструктуры в сплаве ВТ6Объемная доля β-фазы рассчитывалась по диаграмме изотермическогопревращения (Рисунок 1.32).КинетикадинамическойглобуляризацииописываласьуравнениемДжонсона-Мейла-Аврами-Колмогорова в следующем виде:глобгде,,,,=1−–−∙,∙(2.19)константы.Условием активации процесса динамической глобуляризации являетсядостижение накопленной деформации критической величины, котораяназывается критическая деформация.Средний размер зерен глобулярной α-фазы рассчитывается следующимобразом:=где, , ,–exp(константы.⁄)+ ,(2.20)672.6.Конечно-элементная модель ковки заготовкиНаиболее распространенным процессом получения кольцевой заготовкидля раскатки является ковка.
Ковка может осуществляться на молоте,кривошипномгорячештамповочномилигидравлическомпрессах.Кривошипные горячештамповочные прессы для изготовления заготовок колециз титановых сплавов применяются ограниченно, так как высокая скоростьдеформации на данном оборудовании приводит к разогреву материала заготовкивыше температуры полного полиморфного превращения, что приводит к низкиммеханическим свойствам получаемых колец. Заготовки из титановых сплавовчаще всего деформируют на молотах или гидравлических прессах, так какданное оборудование позволяет осуществлять дробную деформацию дляконтроля температуры заготовки.В данном исследовании ковка заготовки осуществляется на ковочномпаровоздушном молоте М1345 с массой падающих частей 3150 кг и энергиейудара не менее 80 кДж.
Выбор данного технологического оборудованияобусловлен его наличием в кузнечнопрессовом цехе АО «НПО Энергомашимени академика В. П. Глушко».Заготовка разбивалась на 1130 плоских четырехузловых конечныхэлементов (Рисунок 2.7). Переразбиение сетки осуществлялось автоматически.Рисунок 2.7. Разбиение заготовки на сетку конечных элементов68Шаг расчета составлял 0,5 мм при деформировании и от 0,2 до 0,8 с прирасчёте теплопередачи.Последовательность ковки кольцевой заготовки состоит из следующихопераций (Рисунок 2.8):а) охлаждение на воздухе в течение 20 с;б) охлаждение на нижней плите в течение 3 с;в) осадка с определенной паузой между ударами;г) охлаждение на нижней плите в течение 30 с;д) прошивка с заданной паузой между ударами;е) пробивка перемычки.Рисунок 2.8.
Последовательность ковки кольцевой заготовки из сплава ВТ6При расчете принимались следующие допущения:− температура инструментов постоянная;− податливость технологического оборудования не учитывалась;− заготовка имеет цилиндрическую форму с параллельными торцами;− энергия удара молота принималась постоянной и равной 80 кДж;− масса падающих частей принималась равной 3150 кг;− начальная температура заготовки считалась постоянной по объему;69− в паузе между ударами при осадке боек не контактировал сзаготовкой;− в паузе между ударами при прошивке инструмент оставался вконтакте с заготовкой;− пробивкамоделироваласьбулевымвычитаниемобъектаиззаготовки.2.7.Конечно-элементная модель раскатки колецРаскатка колец осуществлялась на кольцераскатной машине мод. 044,технические характеристики которой приведены в Таблице 1.Таблица 1.Технические характеристики кольцераскатной машины мод.
044Радиальная силаНаружный диаметр раскатываемых колец:минимальныймаксимальныйВысота раскатываемых колецминимальнаямаксимальнаяЧастота вращения главного валкаУстановленная мощностьСкорость рабочей подачиДиаметр главного валкаДиаметр оправки400 кН700 мм200 мм7015083 об/мин88 кВт5-1000 мм/мин300 мм110 ммПри расчете раскатки колец принимались следующие допущения:− стадии выравнивания толщины стенки кольца и калибровки немоделировались;− проскальзывание заготовки относительно инструмента отсутствует;− изгиб кольца не учитывался.− главный валок вращается с постоянной угловой скоростью;− оправка движется с постоянной линейной скоростью;− действие центрирующих роликов не учитывалось.70Геометрия заготовки получалась путем вращения сечения заготовки,экспортированного из расчета ковки (Рисунок 2.9).
Сетка конечных элементовсостояла из 36 меридиональных сечений по 408 плоских четырехугольныхконечных элемента в каждом, причем при расчете происходило измельчениесетки конечных элементов в очаге деформации (Рисунок 2.10). Общее числоконечных элементов составляло 14688. Поля накопленной деформации и долиглобулярной структуры интерполировались из расчета ковки кольцевойзаготовки. Максимальный шаг расчета составлял 0,5 с. Раскатка осуществляласьдо наружного диаметра заготовки 380 мм.Рисунок 2.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
