Диссертация (1026269), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Конвертирование двухмерной геометрии заготовки в объемнуюРисунок 2.10. Измельчение сетки конечных элементов в очаге деформации71Рисунок 2.11. Изменение геометрии заготовки при раскатке2.8.Анализ влияния учета теплопроводности инструментов нарезультаты решения тепловой задачиДля исследования влияния учета теплопроводности инструментов нарезультатыпрограммномрешениятепловойкомплексезадачиDEFORM2D.проводилосьмоделированиевГеометрияинструментовипоследовательность ковки показана на Рисунке 2.12.Рисунок 2.12. Последовательность ковки72Высота и радиус бойков составляла 300 мм, толщина калибрующей плитыпрошивня 50 мм.
Начальная температура инструментов задавалась равной 300°С. Материал инструмента – H13 (аналог 4Х5МФ1С). Учитывался свободныйконвективныйтеплообменсповерхностиинструментов,коэффициентконвекции в расчетах принимался равным 17,2 Вт/(м2·К).Результаты расчета представлены на Рисунке 2.13. Слева представленораспределениетемпературыприрасчетеспостояннойтемпературойг) раскаткав) пробивкаб) прошивкаа) осадкаинструментов, справа – решение совместной температурной задачи.Рисунок 2.13. Распределение температуры по сечению заготовки73Каквидноизрисунков,учеттеплопроводностиинструментовнезначительно влияет на температурное поле заготовки: максимальнаятемпература заготовки отличается не более чем на 2 °С.
Учет теплопроводностиинструмента приводит к более высокой расчетной температуре в зонезатрудненной деформации при ковке (увеличение до 93 °С при осадке, до 11 °Спри прошивке и пробивке), однако на напряженно-деформированное заготовкии кинетику глобуляризации это влияние не оказывает. При раскатке учеттеплопроводности инструментов приводит к разнице температур не более 2 °С.Таким образом, допущение о постоянстве температуры инструмента неоказывает существенного влияния на результаты расчета.Выводы по второй главе1.
Разработанная универсальная математическая модель технологическогопроцесса изготовления колец из титановых сплавов позволяет установитьнапряженное и деформированное состояние заготовки на любой стадиипроцесса, определить распределение температуры по объему поковки,предсказатьвозникновениядефектов,рассчитатьэнергосиловыепараметры и спрогнозировать изменение микроструктуры.2. Для использования разработанной универсальной математическая моделитехнологического процесса изготовления колец из титановых сплавовприменительно к сплаву ВТ6 требуется проведение экспериментальныхисследований по определению кривых течения, параметров трения икинетики глобуляризации сплава ВТ6.74Глава 3.3.1.Экспериментальные исследованияИспользуемые материалы, методы и оборудованиеЭкспериментальныеисследованияпроводилисьнаобразцах,изготовленных из прутков диаметром 12 мм и длиной 1 м из сплава ВТ6,изготовленных ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА».
Определение массовойдоли алюминия и ванадия в материале проводилось методом атомноэмиссионного спектрального анализа на сканирующем электронном микроскопеTescan Vega 3 с системой элементного анализа Oxford Instruments X-Max 80, адругих химических элементов – методом лазерной эмиссионной спектрометриина спектрометре Спекс Лаэс Матрикс Континуум. Фактический химическийсостав приведен в Таблице 2. Микроструктура сплава ВТ6 в состоянии поставкиприведена на Рисунке 3.1.Таблица 2.Химический состав сплава ВТ6, использованного в исследованииFeCSiГОСТ 19807-91до 0,6до 0,1до 0,1Факт. хим.
состав0,130,050,03VAl3,5 - 5,3 5,3 - 6,84,365,94Zrдо 0,30,04TiосноваРисунок 3.1. Микроструктура сплава ВТ6 в состоянии поставки75Прутки разрезались угловой шлифовальной машиной на более короткие,длиной приблизительно 330 мм (Рисунок 3.2).Рисунок 3.2. Прутки из сплава ВТ6Заготовкинагревалисьдо1040 °C,выдерживалисьприданнойтемпературе 10 минут и закаливались в воду. Термообработка проводилась вкамерной лабораторной печи ПЛ 20/12,5.
Контроль температуры осуществлялсяпо термопаре ХА, зачеканенной в заготовку. Данная термообработкаиспользовалась для получения ламеллярной структуры, которая характерна дляслитков и полуфабрикатов, обработанных в β-области. Микроструктура сплаваВТ6 после закалки представлена на Рисунке 3.3.
Средний размер зерен β-фазысоставил 337,4 мкм, средняя толщина пластин α-фазы 1,43 мкм.Рисунок 3.3. Микроструктура сплава ВТ6 после закалки с 1040 °C в воду76Для испытаний на сжатие при скоростях деформации от 0,001 до 1 с-1использовались цилиндрические образцы диаметром 5,0±0,1 мм и высотой9,0±0,1 мм (Рисунок 3.4), при скорости деформации 50 с-1 – цилиндрическиеобразцы диаметром 10,0±0,1 мм и высотой 18,0±0,1 мм (Рисунок 3.5), а дляопределения фактора трения – кольцевые образцы с внешним диаметром12,0±0,1 мм, внутренним диаметром 6,0±0,1 мм и высотой 4,0±0,1 мм (Рисунок3.6). Все образцы изготавливались на токарных станках, при изготовленииобразцовпринималисьмеры(охлаждение,соответствующиережимыобработки), исключающие возможность изменения свойств металла при нагревеили наклепе, возникающих в результате механической обработки.
Глубинарезания при последнем проходе не превышала 0,3 мм.Рисунок 3.4. Цилиндрические образцы ∅5х9 из сплава ВТ6Рисунок 3.5. Цилиндрические образцы ∅10х18 из сплава ВТ677Рисунок 3.6. Кольцевые образцы из сплава ВТ6Методика испытаний на сжатие соответствует ASTM E-209-00 [30].Механические испытания со скоростями деформации от 0,01 до 1 с-1проводились на универсальной испытательной машине Zwick/Roell Z050 сноминальнойсилойдеформирования1050кНмм/с.(РисунокМашина3.8).Максимальнаяоборудованатрехзоннойскоростьпечьюсопротивления Maytec с максимальной температурой 1200 °С, управляемойконтроллером температуры, и высокотемпературным экстензометром.
Контрольтемпературы осуществляется тремя термопарами ХА. Испытательная машинаоборудована системой подачи аргона для проведения испытаний в защитнойатмосфере, а также новейшим блоком электроники testControl. Управлениеосуществляется через персональный компьютер при помощи программногообеспечения TestXpert.
Деформирующий инструмент (бойки) изготовлен изсплаваЖС6У.Рабочиеплоскостибойковобрабатывалисьнаплоскошлифовальном станке.Образцы устанавливались на нижний боек, нагревались до температурыиспытания со скоростью 60 °С/мин, выдерживались в течение 10 минут идеформировались в изотермических условиях по заданным режимам.
В качествесмазки для уменьшения трения и предотвращения адгезии образцов к бойкамиспользовался пластинчатый графит. После деформации образцы немедленнозакаливались в воду для фиксации микроструктуры.Во время деформации регистрировалась сила и перемещение подвижнойтраверсы.78Для точного определения истинной деформации образца из перемещенияподвижной траверсы необходимо исключить упругую деформацию машины иоснастки. Для этого были проведены испытания на сжатие без образца приисследуемых температурах.
Для предотвращения образования дефектов нарабочих поверхностях бойков использовалась прокладка из нержавеющей сталитолщиной 0,5 мм. Упругая деформация системы «Машина-инструмент»отличалась не более чем на 1% при разных температурах испытания, поэтомудля расчета взяты результаты испытаний при 860 °С. График жесткости системы«Машина-инструмент» представлен на рисунке 3.7.Рисунок 3.7. График жесткости системы «Машина-инструмент»Механические испытания со скоростью деформации 50 с-1 проводились накомплексе Gleeble 3800. Для испытаний использовался модуль Hydrawedge II,предназначенный для высокотемпературных испытаний на сжатие (Рисунок 3.9).Максимальная скорость деформирующего инструмента – до 2000 мм/с,максимальная сила 200 кН. Для предотвращения окисления испытаниепроводилось в вакууме.
Нагрев осуществлялся электроконтактным способом.Температура контролировалась по термопаре ХА, приваренной к образцу.Охлаждение образца осуществлялось сжатым воздухом.79Рисунок 3.8. Испытательная машина Zwick/Roell Z050Рисунок 3.9. Модуль Hydrawedge II комплекса Gleeble 380080рассчитывалось по формуле:Расчетное напряжение течения= ,где(3.1)P – текущая осевая нагрузка, Н;A – текущая расчетная площадь поперечного сечения образца, мм2.Истинная деформация рассчитывалась по формуле:=гдеℎ,ℎк(3.2)ℎ и ℎк – начальная и текущая высота образца соответственно, мм.Заливка образцов для металлографических исследований осуществляласьна установке для заливки образцов Struers CitoPress-20, шлифовка и полировкапроводилась на полуавтоматическом шлифовально-полировальном станкеStruers Tegramin-30. Травление образцов проводилось следующим составом: HF– 1 часть, HNO3 – 2 части, H2O – 3 части. Металлографические исследованияпроводились на оптическом микроскопе Olympus GX51, оборудованномспециализированной цифровой видеокамерой высокого разрешения UC30.Обработка изображений проводилась в бесплатных программах ImageJ 1.49v,IrfanView, Microsoft Image Composite Editor.Средний размер зерен рассчитывался методом подсчета пересеченийграниц зерен и методом измерения длин хорд [5; 41], доля глобулярной α-фазы вбимодальной структуре определялась путем наложения сетки с размером ячейки5х5 мкм [42].
Глобулярной считалась морфология α-фазы с соотношениемсторон менее 3 к 1 [109; 145; 146].813.2.Определение температуры полного полиморфногопревращения сплава ВТ6Температура полного полиморфного (ТПП) превращения сплава ВТ6определялась согласно инструкции ВИАМ № 1054-76 [8].Для определения ТПП были изготовлены 18 образцов диаметром 12 мм ивысотой 10 мм из сплава ВТ6 в состоянии поставки. Количество образцов быловыбрано исходя из исследуемого диапазона температур от 930 до 1010 °С сучетом дублирования экспериментов.
Заготовки закладывались в печь,разогретую до температуры нагрева под закалку. Время выдержки в печисоставляло 20 минут. Охлаждение после закалки производилось в воде стемпературой 15-18 °С. Микроструктура образцов из сплава ВТ6, закаленных сразличной температуры, представлена на Рисунке 3.10.За температуру полного полиморфного превращения принималась средняятемпература между температурой закалки, после которой еще остаются участкиглобулярной α-фазы, и температурой закалки, после которой участи глобулярнойα-фазы отсутствуют, и структура является ламеллярной.Таким образом, температура полного полиморфного превращения сплаваВТ6 равна 955 °С.930 °С940 °С950 °С960-1010 °СРисунок 3.10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
