Развитие научных основ технологий интенсивной пластической деформации и создание оборудования по схеме равноканального углового прессования для получения ультрамелкозернистых металлических полуфабрикатов (07.09.2009)

Автор: Рааб Георгий Иосифович

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) *, 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.


загрузка...