Экспериментальное иссследование металлических образцов, подвергнутых интенсивной пластической деформации

Выводы

В результате проведенных исследований:

1. Разработан комплекс технических и технологических решений, позволяющий улучшать физико-химические свойства скрытокристаллического графита в зависимости от области его дальнейшего использования за счет снижения зольности графита до 2-4 %.

2. Создано универсальное жидкостекольное разделительное покрытие на активированном обогащенном графите на чугунные изложницы для литья слитков из золота, позволяющее снижать шероховатость слитков из золота с Rz50 до Rz20.

Список литературы

1. Брагина В.И., Брагин В.И. Обогащение нерудных полезных ископаемых : учеб. пособие. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1995. 100 с.

2. Шохин В.Н., Есепкин В.А. и др. Технология получения малозольного графита // Графиты и их применение в промышленности: сб. науч. тр.

3. Хасиев Д.Р., Королева Г.А. и др. Механохимический способ получения низкозольных графитовых концентратов из руды Ногинского месторождения // Перспективные материалы, технологии, конструкции: сб. науч. тр. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1999. Вып. 5. С. 24-26.

4. Мамина Л.И., Гильманшина Т.Р., Новожонов В.И. и др. Способы повышения качества литейного графита отдельными и комплексными методами активации: монография. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. 160 с.

5. Мамина Л.И., Баранов В.Н., Гильманшина Т.Р. и др. Наноструктурированные гра-фитсодержащие изделия: монография. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. 268 с.

References

1. Bragina V.I., Bragin V.I. Enrichment of non-metallic minerals: Proc. Manual. Krasnoyarsk: GATsMiZ, 1995. 100 p.

2. Shokhin V.N., Esepkin V.A. etc. Technology for producing low-ash graphite // Graphite and their application in industry: SatNauchn . tr., 1977. 53 c.

3. Hasiev D.R., Korolyova G.A. etc. Mechanochemical Synthesis of low-ash graphite concentrates from ore deposits Noginskogo // Advanced Materials, technology, design: Collection of scientific articles. Krasnoyarsk: GATsMiZ, 1999. Vol. 5. P. 24-26.

4. Mamina L.I., Gil'manshina T.R., Novozhonov V.I. etc. Ways to improve the casting graphite separate and complex activation methods: monograph. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2011. 160 p.

5. Mamina L.I., Baranov V.N., Gil'manshina T.R. etc. Nanostructured graphite-containing products: monograph. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2013. 268 p.

УДК 621.771

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИСССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Шеркунов В.Г., Семашко М.Ю., Чигинцев П.А.

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет

Натурный эксперимент - один из важнейших этапов научных исследований, позволяющий сделать вывод о верности теоретических оценок и реальной эффективности изучаемых процессов.

Перед проведением натурного эксперимента производился расчет в программном комплексе Бейэгт, позволяющем оценить формоизменение заготовки, показанное на рис. 1, ее напряженно-деформированное состояние в каждый момент, а также энергосиловые параметры процесса.

При формировании задачи в математической модели задавались параметры, аналогичные планируемому натурному эксперименту. Таким образом, усредненное усилие прямого хода деформирования составило 100 тс, а максимальное значение - 112 тс. При обратном ходе эти величины составили 144 и 170 тс, соответственно. Графики усилия деформирования представлены на рис. 2 - для прямого и на рис. 3 - для обратного хода и представляют собой зависимость усилия на инструменте от времени.

Материалом заготовки в данном исследовании была выбрана техническая медь марки М1. Размер заготовки цилиндрической формы составил 33 мм в диаметре и 102 мм - в длину. Перед деформированием пруток был отожжен в течение 30 минут при температуре 800 °С с охлаждением в воде. При проведении эксперимента оснастка нагревалась вместе с заготовкой до температуры последней, равной 90 °С и измеренной на верхнем ее торце.

Первый цикл деформирования, описанный в [1], и последовательные стадии которого показаны на рис. 1, проводился с использованием пуансона длиной 74 мм [2, 3]. При этом усилие процесса в прямом направлении (от начальной заготовки до стадии получения стакана) составило 113 тс, а в обратном (при получении из стакана цилиндрической заготовки) -

Рис. 1. Последовательные состояния заготовки

125 тс.

Load Prediction

Y Load (N) 1.18e+006

0.000 95.4 191 286

Time

382

TC.

Рис. 2. График усилия на прямом ходу

Load Prediction

Y Load (N) 1.8e+006

1 44е+006

1 08е*006 [ V

7 21е+005

3 6е+005

0 tO.OOO , 0;

0.000 94.1 188 282 376 470

Типе

Рис. 3. График усилия на обратном ходу

Второй и последующие циклы деформирования проводились пуансоном длиной 93 мм. Температура заготовки во втором цикле составила также, как и в первом, 90 °С. При этом при прямом ходе усилие составило 120 тс, а на обратном - 117 тс.

Третий цикл, как и первые два, проводился при температуре заготовки 90 °С. Усилие деформирования на прямом ходу составило 120 тс, а на обратном - 138 тс. Резкое увеличение потребного усилия на обратном ходу, а также его изменение в процессе деформирования (наблюдался его резкий спад в конце хода), по мнению авторов, вызван накоплением металла в зазорах штамповой оснастки и их отделением от основной заготовки.

Четвертый цикл осуществлялся при температуре заготовки, равной 100 °С, что связано с инерционностью нагревательной системы. Усилие деформирования при этом составило 113 тс для прямого хода и 133 тс - для обратного.

Пятый цикл проводился при остывающей оснастке (без дополнительного разогрева). Усилия деформирования прямого хода возросли до 117 тс, а на обратном ходу остались на уровне 133 тс. Конечная температура заготовки составила 80 °С, после чего заготовка была охлаждена на воздухе.

Для анализа микроструктуры было изготовлено 7 образцов: три поперечных и два продольных из деформированной заготовки (рис. 4) и по одному поперечному из меди в состоянии поставки и после отжига.

Образцу материала в состоянии поставки отвечает рис. 5. Микроструктура образца характеризуется высокой неоднородностью и крупным зерном размером до 475 мкм (см. рис. 5). Подавляющая же часть зерен находится в диапазоне размеров от 120 до 230 мкм. Наименьший размер зерна на участке микрошлифа равен 68,5 мкм. При этом размеры зерен по длине и ширине относительно равны.

На рис. 6 показан недеформированный образец после отжига в течение получаса при температуре 800 °С. Видно, что после термической обработки размеры значительной части зерен находятся в интервале от 25 до 100 мкм. Кроме этого структура стала более однородной, о чем говорит меньшая разница между наибольшими и наименьшими зернами. При этом абсолютные размеры зерен остались неизменными в плоскости микрошлифа.

Рис. 4. Деформированная заготовка, разрезанная на образцы

Рис. 5. Микроструктура меди в состоянии поставки

Рис. 6. Размеры зерен в микроструктуре меди после отжига при 800 °С

в течение 30 минут

Образец, изображенный на рис. 7-9, изготовлен из нижней части заготовки (нижний, см. рис. 4) после 5 циклов деформирования. Внутри больших зерен и по их границам расположено множество субзерен или зародышей новых зерен, появившихся позднее (см. рис. 7). Их размеры показаны на рис. 8. Зародыши новых зерен и субзерна внутри больших зерен и на их границах также указаны стрелками (см. рис. 9). Видно, что новые кристаллические образования расположены не только вблизи границ больших зерен, но и по всему объему последних, что дает возможность говорить о зародышах новых зерен, что, в свою очередь, говорит об активном изменении микроструктуры материала в процессе деформирования.

Рис. 7. Границы зерен в образце после деформирования

Рис. 8. Размеры субзерен и зародышей новых зерен в образце

л . .. . V

V % г г

ч

N . г* '

1 У - «ч

: :

_ >

Рис. 9. Субзерна и зародыши новых зерен в образце

На рис. 10 изображен поперечный образец, вырезанный из средней части деформированной заготовки. По сравнению с образцом из нижней части заготовки, в данном срезе заметно меньшая плотность зародышей новых зерен внутри старых (больших) и субзерен по их границам (см. рис. 10). Этот эффект возникает в силу неравномерности деформации заготовки: наиболее активное деформирование происходит в нижней части заготовки, что отражается на микроструктуре материала. На фотографии микрошлифа видно несколько зерен с размером от 65 до 78 мкм с большим количеством зубзерен величиной 6-20 мкм, образовавшихся по их границам (рис. 11).

Таким образом, микроструктура нижней части заготовки незначительно отличается от средней. Различия выражаются в том, что в образце из нижней части заготовки немного мельче размеры больших зерен (их разница составляет порядка 20 %), а также неодинаковы величины субзерен (1-10 мкм внизу в отличие от 6-20 мкм в середине).

Рис. 10. Субзерна и зародыши новых зерен в образце

. 1 > . " -л. . * V . >

¡МЯВ». "

Я '? -

Рис. 11. Размеры зерен и субзерен в образце

Следующий образец вырезан в продольном направлении из верхней части деформированной заготовки. Его микроструктура представлена на рис. 12. Видно, что зерна металла имеют значительно вытянутую форму в осевом направлении: размер зерен по оси значительно превышает их размер поперек оси (примерно в 5 раз). При этом наименьший размер большей части зерен составляет менее 10 мкм.

Кроме всего прочего, на данном образце присутствует дефект, вызванный деформированием заготовки: раковина на оси заготовки (см. рис. 4). Участок микрошлифа, на котором раковина находится в нижнем правом углу, показан на рис. 13. Наличие этого дефекта говорит о том, что при протекании процесса происходит активное течение материала заготовки, а также наблюдается эффект «залечивания» дефектов. Однако на данном этапе исследований не удалось обеспечить достаточное противодавление, чтобы получить полностью бездефектный образец.

Рис. 12. Микроструктура в образце

Рис. 13. Микроструктура в образце около дефекта

На рис. 14 представлена микроструктура в образце, полученного из нижней части заготовки в осевом сечении. Аналогично образцу, отвечающему верхней части заготовки в продольном сечении, зерна имеют вытянутую форму вдоль оси со значительной разницей размеров: поперек оси около 30 мкм при осевых размерах, превышающих 100 мкм. Данная ориентация микроструктуры связана с направлением течения металла в процессе деформирова-

Рис. 14. Размер зерен в образце

Для оценки изменения физико-механических свойств материала проводилось измерение микротвердости, по которому можно опосредованно судить об изменении прочностных характеристик материала. В отожженном образце твердость составила НВ 57, а в образце, вырезанном из середины деформированной заготовки - НВ 90.

Таким образом, можно сделать два основных вывода. Математическое моделирование процесса достаточно эффективно для предварительных расчетов процессов обработки металлов давлением. Ошибка в значении усилия составила до 13 %, что может быть связано

с несоответствием модели используемого материала исследуемому, упрощениях и неточностях при задании исходных параметров.

Тщательный же анализ микроструктуры деформированных и недеформированных образцов дает понять, что исследуемый способ позволяет значительно измельчать микроструктуру исходной заготовки, а значит, воздействовать на свойства материалов. Однако для более эффективного применения способа необходимо проводить дальнейшие исследования по определению режимов деформирования и параметров используемого оборудования.

Список литературы

1. Патент РФ 2424076. Способ пластического структурообразования и устройство для его осуществления / Семашко М.Ю., Трусковский В.П., Шеркунов В.Г.

2. Исследование формирования субмикрокристаллической структуры поверхностного слоя стальной проволоки с целью повышения уровня ее механических свойств / Г.С. Гун, М.В. Чукин М.В., Д.Г. Емалеева, Н.В. Копцева, Ю.Ю. Ефимова, М.П. Барышников // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2007. № 3 (19). С. 84-86.

3. Особенности реологических свойств конструкционных наносталей / М.В. Чукин, Г.С. Гун, М.П. Барышников, Р.З. Валиев, Г.И. Рааб // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2008. № 1 (21). С. 24-27.

References

1. Semashko M.Ju., Truskovskij V.l., Sherkunov V.G. Sposob plasticheskogo strukturoobrazovanija i ustrojstvo dlja ego osushhestvlenija [Plastic structure formation method and device for its implementation]. Patent RF № 2424076.

2. Investigation of forming the carbon wire surface layer submicrostructure for enhancing its mechanical properties / G.S. Gun, M.V. Chukin, D.G. Emaleyeva, N.V. Koptseva, Yu.Yu. Efimova, M.P. Baryshnikov // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2007. № 3 (19). Pp. 84-86.

3. Peculiarities of construction steels reological properties / M.V. Chukin, G.S. Gun, M.P. Baryshnikov, R.Z. Valiev, G.I. Raab // Vestnik of Nosov Magnitogorsk state technical university. 2008. № 1 (21). Pp. 24-27.

УДК 621.771

ПРОИЗВОДСТВО ВЫСОКОПРОЧНОЙ УПАКОВОЧНОЙ ЛЕНТЫ С ЛАКОКРАСОЧНЫМ ПОКРЫТИЕМ С ЦЕЛЬЮ ЗАМЕНЫ ЛЕНТЫ ЗАРУБЕЖНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ

Соколов A.A., Пудов Е.А.

ОАО «ММК-МЕТИЗ», ЦЗЛ, г. Магнитогорск, Россия

Для ОАО «ММК-МЕТИЗ» основными целями являются: повышение конкурентоспособности и расширение сортамента продукции.

С целью повышения конкурентоспособности и расширения сортамента принято решение об освоении нового вида продукции - высокопрочной упаковочной ленты с лакокрасочным покрытием, согласно требованиям современных зарубежных стандартов.

За образец была взята упаковочная лента с лакокрасочным покрытием производства фирмы SPECTA, используемая на ОАО «ММК» (табл. 1, 2). Образцы ленты были исследованы по различным параметрам, таким как:

- относительное удлинение;

- временное сопротивление разрыву;