ОСНАСТКА ДЛЯ ВЫДАВЛИВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ, КОМПОЗИЦИОННЫХ ИЛИ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цилиндрических изделий из металлических, композиционных и нанокристаллических материалов и установления закономерностей изменения характеристик прочности и пластичности материала образцов для определения возможности развития экстремальных эффектов, реализующих дополнительные ресурсы деформируемости образца, а именно: к оснастке для механических испытаний при сложных напряженных состояниях, и может быть использовано в металлургии, обработке металлов давлением, термомеханической обработке материалов, инструментальном производстве, научных исследованиях и других отраслях народного хозяйства.
Известна оснастка для прямого выдавливания цилиндрических образцов из мягких сплавов цветных металлов при различных скоростях и степенях горячей деформации (свинец и его сплавы) (Хыбемяги А.И., Лернер П.С. Выдавливание точных заготовок и пресс-форм. - М.: Машиностроение. - 1986. - 152 с.).
Оснастка состоит из контейнера, матрицы и пуансона, изготовленных из инструментальных штамповых сталей для холодного или горячего деформирования 5ХВГ, 5ХНМ, 5ХНВ.
Недостатками данной оснастки является невозможность проводить прямое выдавливание при температурах до 950°C из-за ее коробления и разрушения оснастки.
Наиболее близким техническим решением является оснастка для прямого выдавливания цилиндрических образцов из быстрорежущих сталей типа Р6М5 при различных термомеханических условиях (А.Е. Гвоздев «Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1992. - 176 с.), содержащая контейнер, матрицу и пуансон, изготовленные из сплава ЭП800.
Недостатками наиболее близкого технического решения является недостаточно высокая стойкость оснастки за счет разрушения матриц при температуре выше 850°C.
Задачей технического решения является повышение стойкости оснастки, т.е. матрицы за счет увеличения ресурса ее работы без разрушения.
Поставленная задача достигается за счет того, что в оснастке для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов, состоящей из контейнера, пуансона и матрицы, матрица выполнена из материала с большим коэффициентом линейного расширения при нагреве, чем у материала контейнера и у пуансона.
На фиг.1 изображена оснастка для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов.
На фиг.2 изображена матрица в разрезе, выполненная с углом α.
0
Оснастка для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов состоит из пуансона 1, размещенного в контейнере 2 с матрицей 3, и выталкивателя 4. Матрица установлена на деформирующем оборудовании и имеет поверхность 5, расположенную под углом α=25-30.
В оснастке для выдавливания цилиндрических изделий матрица 3 изготовлена из высокотемпературного сплава с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала контейнера 2 и пуансона 1, что создает дополнительное поле сжимающих напряжений, действующих на матрицу и препятствующих раскрытию магистральных трещин и разрушению матрицы 3.
-3
Пример 1. Проводили прямое выдавливание цилиндрического образца, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали марки 10Р6М5-МП диаметром 10 и высотой 15 мм, со скоростью деформирования, равной 0,073·10 м/с, при температуре 800°C с обжатием, равным 0,5, в оснастке с углом матрицы, равным 28 градусам. Для снижения контактного трения использованы стеклографитовые пресс-шайбы, которые помещались в контейнер для прессования снизу и сверху образца, а на образец наносилась защитно-смазочное покрытие из стеклографитовой смеси. Усилие при прямом выдавливании в этом случае составляло 33 кН, что обеспечивает стойкость матрицы при эксплуатации.
-3
Пример 2. Проводили прямое выдавливание цилиндрического образца, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали марки 10Р6М5-МП диаметром 10 и высотой 15 мм, со скоростью деформирования,  равной 0,073·10 м/с, при температуре 800°C с обжатием, равным 0,5, в оснастке с углом матрицы, равным 15 градусам. Для снижения контактного трения использованы стеклографитовыепресс-шайбы, которые помещались в контейнер для прессования снизу и сверху образца, а на образец наносилась защитно-смазочное покрытие из стеклографитовой смеси. Усилие при прямом выдавливании в этом случае составляло 36 кН, что не обеспечивает стойкость матрицы, т.е. она частично разрушается.
-3
Пример 3. Проводили прямое выдавливание цилиндрического образца, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали марки 10Р6М5-МП диаметром 10 и высотой 15 мм, со скоростью деформирования, равной 0,073·10м/с,при температуре 800°C с обжатием, равным 0,5, в оснастке с углом матрицы, равным 35 градусам. Для снижения контактного трения использованы стеклографитовые пресс-шайбы, которые помещались в контейнер для прессования снизу и сверху образца, а на образец наносилась защитно-смазочное покрытие из стеклографитовой смеси. Усилие при прямом выдавливании в этом случае составляло 39 кН, что также приводило к разрушению матрицы.
Минимальные значения усилий при прямом выдавливании реализуются при углах матрицы в диапазоне от 25 до 30 градусов, что позволяет снизить удельное давление на элементы оснастки и увеличить ресурс ее безотказной работы.
Проведение прямого выдавливания в различных температурно-скоростных режимах, включающих температуры полиморфных превращений и фазовые переходы первого рода, позволяет устанавливать закономерности изменения характеристик прочности, прогнозировать развитие экстремальных эффектов и определять оптимальные термомеханические режимы резервов повышенной пластичности и сверхпластичности - основы ресурсосберегающих технологий термомеханической обработки металлических, композиционных и нанокристаллических материалов.