автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка математической модели процесса прессования порошковых материалов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

На правах рукописи

УДК: 621.774.35.016.001.573

ЧАН ВАН ЗУНГ (СРВ)

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1990 г.

/

/

Л ^

Работа выполнена на кафедре обработки металлов давлением Московского ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени института стали и сплавов.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР — КОЛИКОВ А. П., кандидат физико-математических наук, доцент АЛЕКСАНДРОВИЧ А. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор СКОРОХОДОВ А. Н.,

■кандидат технических наук, с. н. с. КАРЕЛИН Ф. Р.

Ведущее предприятие: Волжский трубный завод

Защита состоится « у// •»иссчр^ю 1990 г. в 9 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К.053.08.02 по присуждению ученых степеней в области обработки металлов давлением в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан « » гргбрап* 1990 г.

Справки по телефону: 236-99-50

Ученый секретарь специализированного совета

ЧИЧЕНЕВ Н. А.

з

ОБЩАЯ ХАРАКГЕРИЗТт РАБОТЫ

Актуальность. В Основных направлениях окономичесгаго и со-. циального развитая СССР на 1986-1990 г.г. и на период 2000 г. поставлена задача широкого внедрения в производство ресурсосберегающих технологий. Решение этой проблемы позволит также решить многие народнохозяйственные задачи Вьетнама.

Среди производственных процессов, обладающих большими по-

получения

тенциальндая воэдалностяш как о течки зрензЫ новых материалов с уникальным заданным комплексом свойств^ так и с точкк зрения экономически: и технологических преимуществ возрастающее значение принадлежит порошковой металлургии (Ш).

Технология порошковой металлургии является высокоэффективной и гарантирует болыцув экономию металла. Однако, практическая реализация широкого внедрения технологии ПМ в ряде случаев сдерживается из-за того, что вшу екаем о е в СССР специализированное оборудование не отвечает высоким потребительским требованиям, т.к. не позволяет осуществлять оптимизацию существулцих и разработку новых эффективных процессов и режимов прессования. Решение этих задач требует глубокого исследования процессов уплотнения и пластического деформирования порошкового материала, которые протекают под воздействием внешних нагрузок и высоких температур.

Применение для этой цели разработанных в СССР и за рубемм математических моделей не всегда позволяет получить достоверные результаты вследствие неполной адекватности применяемых моделей реальному процессу.

В этой связи представляется актуальной разработка математической модели процессов прессования, в том числе и горячего прессования порошковых и пористых материалов, в основе которой ас-

пользуется идеализированная модель элемента - отдельной пори по-рошковщ. я пористих тел, анализа его поведения ври деформации с численной реализацией полученной модели на ЗШ и совершенствование на базе данной модели технологии производства изделий из данного класса материалов.

Исследования выполнены в соответствии с целевой. дошлексноЁ научно-технической врограшой "Металл", задание й 1302 "Разработка теоретических основ и эффективных техяоюютесшпс процессов обработки давлением тугоплавки^ редких и композиционных материалов (приказ Минвуза СССР от 12.04.62 г.), а также в соответствии с планом НИР 4.3.1. Совета экономической взаимопомощи" Создание вовшс материалов черных и цветных металлов, тугоплавких соединений с использованием методов металлургии. Разработка и совершенством ие технологии порошков на основе железа, легиро-ванннх сплавов и цветных металлов".

V Цель и з^дата исследования. В связи с вшаеизлоаеннш, цель» настоящего исследования является разработка математической модели процесса прессования пористого материала, пакета программ для ЭШ и совершенствование технологических режимов прессования трубных изделий из порошковых материалов.

В задача исследования входило:

1. Разработка кошлексной математической модели процесса пластического формоизменения порошковых материалов, учитывающей конфигурацию пор и возводящей рассчитывать ва ЭШ поля скоростей н напряжений в окрестности отдельной сора изотропного материала.

2. На основе данной модели проведение теоретических иссле- • дований и определение "критических'*, нал ряжений в структурной

ячейке порошкового материала, при достижении которых происходит схватившие - сцепление двух соседних чао гид порошка.

3. Разработка к реализация на сШ математической модели процесса прессования порошковых материалов.

4. Проверка адекватности созданной математической модели путем сравнения расчетных результатов по прессованию трубных заготовок из порошковых материалов с экспериментальными данными.

5. Определение влияние конструктивны:-: параметров заготовка, технологических факторов на неравномерности деформации, качество и механические свойства трубннх заготовок из порошковых материалов при прессовании, разработка рациоаальннх*технологических ре-зшмоэ их производства и совершенствование на базе данной ыодели технологии производства трубных изделий из данного класса материалов.

Научная новизна работа заключается в следующем: •

1. Разработана математическая модель процесса пластического формоизменения порошковых материалов, позволяющая проводить численный расчет на ЭВМ полей скоростей и напряжений в окрестности отдельной поры изотропного материала.

2. Создана комплексная катемгл зчеекая модель процесса прессования порошковых материалов, возводящая рассчитнвать на ЭВМ поля скоростей деформаций, напряжений, плотности в очаге исследуемого технологического процесса обработки давлением.

3. Установлено влияние конструктивных параметров заготовки, технологических факторов на неравномерность деформации и степень использования ресурса пластичности при.прессовании трубных заготовок из порошковых материалов.

4. Обосновало применение порошковых заготовок в вакуушро-

ванных оболочках для снижения неравномерности деформации при прессовании и установлено влияние конструкции заготовки, режимов нагрева и прессования аа качество и механические свойства трубных заготовок.

Дракжчеокая ценности работы. Разработанная ыетодшеа расчета технологических режимов позволяет, эффективно используя ЭВМ, исследовать влияние основных технологических параметров ва процесс прессования порошковых материалов, оптимизировать процесс, предлогать рениш ж мероприятия по получении качественных труб-,них изделий. Проведенное исследование показало возможность существенного' уменьшения затрат при производстве трудных изделий. Результаты и рекомендации, содержащиеся в диссертационной р&бо-í.., будут использованы при разработав технологи" ж организации производства изделий порошковой металлургии в СЕВ.

/дробащя работы. Материала диссертации доложены ва Всесоюзной конференции "Теоретические проблемы прокатного производства", Днепропетровск, 1988 год; Всесоюзной научно-технической конференции "Новые технологические процессы прокатки как средства интенсификации прохъводства и повшения качества продукции", Челябинск, 1989 г.; научно-техническом совещании на Волжском трубном заводе, 1989 г.} научных семинарах кафедры обработки металлов давлением ШСиС и кафедры математического моделирования физико-механнчаских систем МИШ.

№блакания работы. Основное содержание работы опубликовано в S печатных работах.

Объем работа.'Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения, изложена на 120 страницах ыашинописиого тек-, ста, содержит 60 рисунков, 25 таблиц, список литературы из . 127 наименований.

ПОСТАНОВКА. ЗАДИИ И ОПИСАНИЕ МАТ0ШИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НДС В ОКРЕСТНОСТИ ОТДОШЙ ПОРЫ ИЗОТРОПНОГО ПОРОШКОВОГО М4ТЕРШИ.

При теоретическом определении параметров процессов пластической деформации порошковых материалов, в настоящее время существуют 2 направления разработки математической модели процессов:' первое - структурный подход - основан на использовании идеализированных моделей элемента пористого тела и анализе, их поведения при деформации. В рамках данного подхода, (работы К.Торре, М.Ю. Балыпина, В.В.Скорохода , Г.М.Дцановича, В.И.Сегада, В.И." ;зшт-кова, М.Ф.Зпби и др.) решены важные для практики задачи по определению технологических параметров процесса и построения диаграмм деформационных механизмов. Однако, при структурном подходе не учитываются реальная форма частиц, состояние их поверхности, пе- > ременные во времени значения температуры и давления. Второе направление базируется на континуальной теории деформирования п -рошковнх материалов, представляемых в виде сплошной среды, обладающей свойством необратимой сжимаемости, что позволяет йс-пользовать для решеьия численные методы механики сплошных сред. Большой вклад з развитие дайкой теории рнесли советские и зарубежные ученые В.В,Скороход , М.С.Ковальчеп-ад, Б.А.Друянов, Р.Дя. Грин, М.Б.Штерн, Г.Л.Петросгш, Г.Я.Гун, В.ЕЛерельман, М.Ояне и др. Существенной проблемой, воэникагацей при использовании континуальной теории пластичности пористых материалов является экспериментальное определение различных функций и коэффициентов, входящих в расчетные уравнения, а также значгчия напряжения текучести при различной плотности материала, что представляет определенные трудности, поскольку для их определения в условиях горя-

чей обработки соответстЕуздие вксвернвднташше методики развита еще слабо. Кроме этого, при ¿латеыаигаеском описании процессов уплотнения некомпактных сред поры представляют, как правило, в виде сферических шш эллипсоидных ячеек, что не всегда соответствует реальным микроструктурам пористых сред. В связи с этш автором предлагается другая модель среда, в которой форма поры представляется в виде вогнутого треугольника, ограниченного сферическими частицами, близкая с гипоциклоиде (рис. I).

В качестве расчетной коделд рассмотрена пдоская задача о вязком течении металла,, запопнякдего лору под действием налряже-11110 » • 6" I которые на достаточном удалении от по-

ры имею здаченш , -б!," • При втом иапрякешя, возни-

АЛ /СУ /У

кащаа в металле, будем предполагать линейно зависимши от скоростей деформаций. Дня анализа поведения границ поры будем приближенно считать, что она сишетрнчао вписывается в окружность радиуса К , как показано на рис. I. Приближенно апврокстшру-" ш границу поры гипоциклоидой о тремя точками возврата,

тогда конформное отображение единичного круга с выколотым центром 0<| у/<1 на область, занятую металл си, окрукаадды пору, имеет вид: 2

Точки возврата 21, 2 2, 23 в этом случае соответствуют

точкам на единичной окружности (рис. I):

•е-Л *- ' ■ V ^ /З* •

■Г1~ * 'Тг---¡Г~~ТГ 1 1 ~2~ *~2~ • Точка ^ = 0 со-

• ответствует бесконечно удаленной точке на физической плоскости

Предложенная модзль иорястого тела л распределение напряжений на границе поры л в материала на лучах, проходящих через верщикн поры.

я)

<Г;

•-НМШЫШ 1111111111 "-Ш1ШНШ (№111111

( мпа )

Рро. I.

2 = X -+ I У-

у Формулы для вычисления нормальных , к касательных

иааряЕегшй лриобретают вод: _ _

^Ь)^(У)-чЬ)^г)

ш'(г)_ш'т

(2)

иУ(Г)

ЗшГ

'г» Г

_ 'Мг>+УЪ) . соспГ У>ЧГ)Ш'(7)~ Ш

и*'(Т)Г

Скорости перемещения каздой точки на границе поры можно оп-

ределить сяедувдим образом:

и,

и>(Г)

ЧЬ)- Уп) ; СЗ)

где - коэффициент вязкости материала;

. Р коэффициент Цуассона.

%Скорости перемещения по нормали Цми по касательной ¿¡т Ла границе поры в заданной точке лредут вид: иы =. их31'пс< +иусозо< ) ит = Ц, + Оув/п« 1

Поиск аналитических функций ^(Т) И<//(Т) осуществлялся их разложением в ряд Лорана в области 0< {|< I, В диссертации предложен способ использования формул (3) и соответствующих формул для определения напряжений на границе поры, основанной на представлении аналитических функций иЧЧТ) в виде нескольких аналитических элементов по Вейрштрасу. ■ . Нри расчете напряженно-деформированного состояния в отделено взятой поре пористого материала исходной информацией являют-, ся реологические свойства материала, силовые условия, действу»-

щиз на порошновнй материал и геометрические размера порн.

йгь.олепиэ напряжений и скоростей перемещений при деформации порошковых материалов по предлагаемой модели целесообразно проводить с применением ЭШ.

Разработка алгоритма математической модели. Для численной реализации математической модэш был разработан специальный комплекс программ, который: представлен в диссертации.

Решение краевой задачи ведется а параметрическом круге, куда конформно отображается вся внешняя (материальная) область пори. Переход к комплексной плоскости обеспечивает ряд дополнительных вычислительных преимуществ, которые показаны в работа. Для каадой порн расчеты проводились на 3 дугах граница поры в 10 точках. Программа L0RD6 вютяает комплекс программ, предназначенных для построения конфйшого отображения всей внешней области поры на каноническую область - круг. Данный комплекс реализует алгоритм, заключающийся в решении краевых задач, -т.е. в нахождении комплексных функций и Y) по заданным граничным условиям. Скорость изменения объема порн под давлением заданных напряжений определяется численным интегрированием поля скоростей на границе поры. Программа .счета на £Ш ЕСОС 1061 занимает 200' К памяти, время счета не превышает 20 мин. Указанная програгаа под названием ¿OOG была модифицирована для условия всестороннего сжатия порошкового материала,

Сушщионально математическая модель состоит из рада модулей, реализущих основные этапы решения краевой задачи и набор программ ввода-вывода информадии. Ввод исходных данных может осуществляться как с магнитного диска из заранее приготовленного файла, так и с терминала при работе модели в диалоговом режиме.

В диссертации приведены результаты одного из вариантов расчета параметров модели со следувдей характеристикой: I. Радиус вершин пор R 0,1 ш; 2. Напряжения в бесконечности

3. йоаффици.ент вязкости - 100, коэффициент Пуассона )) =0,45,'

На рис. I показано распределение нормальных и касательных надряаениЁ на границе пора и в самом материале на лучах, проходящих через вершин поры при дёформации порошкового материала. В середине дуга значения нормальных и касательных напряжений невалики в пркблиаэхтся к 0. Скорость перемещения U ы достигает максимальной величины 5,00..„5,44.IQ-3 ш/сек, тогда как величина касательной компоненты скорости перемещения U-¡- незначительна и составляет UT = 0,26.Ю-3 ь&:/сех. В зоне, близкой к верашне поры, обнаруживается резкая концентрация напряжений: чем блике к вершине .поры, тем больше значения этих напряжений.

''Если в .бесконечности приложено и касательное напряжение б'Д, 4 0, то в материале на лучах, проходвдшс через вериины поры, появляются касательные напряжения, такад возрастайте до бесконечности при приближении к углам поры.

В диссертации показано, что в зависимости от соотношения между прилоаенными нормальными. , и касательными напряжениями условие сцепления частиц порошка обеспечивается или не обеспечивается. В в том случае еще долгам рассматриваться критерии разрушения' сцепления соседних частиц порошка.

Проведенные на ЭВД исследования построенной модели поведения-отдельной поры под действием внешних напряжений позволили установить зависимость изменения пористости порошкового материала под действием внешних напряжений и на основании этих зависимостей

перейти к комплексной модели определения внешних напряжений в очаге деформации при прессовании пористах тел.

МЛТШШЧЕСШ МОДЕЯЬ ПРЕССОВАНИЯ ПОРИСТЫХ ТМ

Процесс прессования металлических порошков, получил в настоящее время широкое применение в промышленности. Поэтому создание комплексной математической модели процесса, которая слукила бы ' для одешш поля скоростей перемещений, напряжений и распределения плотности в очаге деформации, позволит научно обоснованно разрабатывать режимы прессования металлических порошков и оптимизировать существующие технолот производства порошковых изделий.

Построение системы щйференпиаяъных уравнений, описывающих пропесо прессования пошетах материалов. Дня анализа течения металла в-матрице использована сферическая система координат, при этом сделано допущение, что область пластического очага деформации отделена от "жестких" областей заготовки и'трубы сферическими поверхностями 1 = Я8)С и Ъ = 0 °с3вс!|м Центром в вершине конической поверхности 8 =? » проходящей через крайние точки • очага деформации.

Радиальная скорость течения частиц металла- пре дполагается функцией только 3 и в , т.е.

= о

Уравнение неразрывности

г? л

оан<У + —гг = о 5 сН

жшо записать в следующем виде

(6)

■¿.•г«?---^ > (V)

где - начальная плотность порошкового материала.

Радиальная скорость металла определяется по формуле:

"»"-Й-

с1

Следовательно а'к = —-— чгг

и в сферической системе координат при сделанных предположениях уравнение леразраняоста принимает ввд:

' < сПг2Уъ) „ о/ ¿[МЙА. ы

В диссертации получено, также общее уравнение (9) дкя скорости ^

£ с/к т.

—с/к где - скорость пресс-штемпеля, Я0Л ~ дзТл^ч—

— радиус очага деформации на входе в зону деформации»

с^к - диаметр контейнера, .

о< - угол матрицы.

Из формулы (10) очевидно, что скорость перемещения пористого материала в очаге дефорладиа зависит от положения исследуемой материальной точка и плотности материала в этой точке.

Дня анализа напряженно-деформированного состояния (ВДС) порошкового .материала .рассматривается скорости деформации с учетом . изменящейся плотности:

"^-ЗЙЙЙ* +&(*.'))' <12У

• ЯК, (ес-Х

= жшч** ^:/'

интенсивности скоростей деформации :

и связь компонента гтпряжеяий и деформаций в таком виде:

. где о ¿у - девивтор напряжений,

9/г,- - тензор скоростей деформации, ¿¿^ - символ Кроннекера,

- интенсивность скоростей деформации.

В сферической системе координат соотношение (14) принимает

Дня определения продольных напряжений у входа в обжимнодую часть пластической зоны очага деформации составлено уравнение равновесия выделенного элементарного объема в радиальном направлении и переходя к разностной схеме в этом уравнении полт юнн „яачения изменения гидростатического давления й б* :

Согласно методике определения НДС в окрестности поры была учтена связь между скоростью изменений объема АУ и изменением гидростатического давления А . Изменение объема поры йЛ( поеяе каждого момента времени М вычисляется по цорлуяе:.

лл^А^ 5 = С Сй-пщы$. ■ (17)

-лги)

где А'1( = --- время, за которое металл перехода! из с-того ' сечения в тоа;

АЧ(.0- шаг перемещения металла по радиусу;

^ И) - скорость перемещения металла в ¿-том сечении;

^(¿)~ нормальная составляйся вектора скорости перемещения на границе поры -А-; .

.Форма норы представляется в вида вогнутого треугольника (гипоциклоида), вписанного в окружность радиуса Я .

Объем поры ограниченной такой гапоцшиюидои , определяется по формуле: 2К ^

' (18)

Объем элемента пористого теда, охватывающего пору, определяется так: /-г-*

Объем элемента аористого тела Уу после перемещения из ¿-того сечения в ¿-^-тое молно определить следующим образом:

Из закона сохранения массы Утч-и. = . ^ получаем:

*Ы " Ъ ТГ^ «I)

Таким образом уравнение (21) позволяет определить в любое вреыя плотность пористого материала ^ , а формулы (15)-(16)— компоненты тензора напряжения , зная плотнеем

?(,-£ в компоненты напряжений в предыдущий момент времени.

Численная реалиаагам модели на ЭВМ и основные результаты. Для численной реализации математической модели прессования порошковых материалов был разработав комплекс программ 1ШС, хит>-

чакщай комплекс программ ШРб для математической модели

пористого тела. Указанный программный комплекс был кодифицирован для условий осесимметричного течения сжимаемого материала с учетом зависимостей (9)...(21), что позволяет получить комплексную математическую модель технологического процесса прессов&чия пористых материалов.

Для составления алгоритма программы расчета плотности и яапряженцо-дефориированного состолнш|>чаг деформации разбит на L линий по радиусам Ъ и Я сферических сечений. Расчет вначале производится по сферическому сечению в L точках, а потом переходит через другое сферическое сечеьяе, которое находится от предыдущего на расстоянии ЛЪ . Ба последующем этапе в расчете учитываются все изменения плотное га v?.. , реологических и фи-зкко-механических свойств порошковых материалов.

Исходной информацией являются геометрические параметры очага деформации, скорость прессования, плотность порошка, реологические свойства материала. Расчетная информация выдается в виде таблиц расчетных величин и представлена в приложении диссертации.

Описаянная математическая модель реализована в виде комплекса программ на языке Фортран-ДУ для ЭВМ ЕС ОС 1061.

В диссертации представлены результаты расчета по данной модели процесса прессовали сплошных и полых заготовок диаметрами çi 80...100 ш из порошковой стали F6M5 на прессе усилием 6,3 Мн с вытяжкой 5.,.8.

Анализ подученных результатов показал, что распределение скоростного If? и деформационных , , параметров в очаге качественно такое же, как и при прессовании нееммаемнх (литых) материалов.

Периферийные слои заготовки вначале процесса прессования ( Е 'е'Ю. .¿8 ш) перемещаются с меньшей скоростью , чем

центральные слои , т.е. ^<(^ ,вследствие этого цент-

ральные слои заготовки на атом участке уплотняются быстрее, чем на периферии (рис. 2).

За счет разности скоростей истечения металла Л1\ -в металле возникает неравномерность реформации по сечению прессуемой заготовки. При.дальнейшем истечении порошкового материала (на границе Z =38...40 мм) периферийные слои начинают опережать центральные из-за того, что ранее на участке Ч>40...Шал произошло их уплотнение, и в сечении КЗ скорость ) и при дальнейшем истечении металла периферийные слои продолжают опережать центральные. Максимальное уплотнение порошкового материала происходит на периферии, а минимальное - в центральных слоях деформируемого прутка. Степень неравномерности уплотнения порошка »

по толщине очага деформации увеличивается с ростом обжатия, но не превышает ОД.

В зоне заторможенного течения металла ( £ =30.. .40 мм) происходит изменение знака осевой.скорости деформации на периферии. Эта область характеризуется скатаем в осевом ( 0) и растяже- ■ нием В' радиальном > 0) направлениях.

Аналогичная картина наблюдается и при прессовании полых трубных заготовок из порошкового материала.

Анализ напряженного состояния при прессовании прутков и труб из порошкового материала показал, что в очаге деформации преобладает схема всестороннего неравномерного сжатия. В общем случае сдвиговое напряжение по длине и по радиусу зоны деформации

распределено неравномерно. Однако, в первой половине очага деформации степень этой неравномерности по толщине очага деформации

незначительна - менее Она достигает максимума э зоне, равной 2/3 длины очага деформации.

В соответствии о распределением сдвиговых напряжений происходит изменение плотности порошковых а пористых материалов по длине и по голвдне очага деформации.

Проверка адекватности математической модели проводилась путем сопоставления результатов расчета по математической модели для ряда технологических задач о данными, приведенными в литературе, а такае с экспериментально-расчетными давним по методу линий тока и экспериментальными данными, полученными при прессовании сплошных и полых порошковых материалов,

В диссертации показано, что полученное расчетным путем распределение плотности в очаге деформации при прессовании порошковой стали Р6М5 хорошо согласуется с результатами Виноградова Г.А., Каташшского В.П., 1уна Г.Я. с сотрудниками по деформации порошковых материалов, а также о экспериментальными данными при горячем прессовании заготовок из этих материалов на прессе усилием 6,3 Мы, полученные автором.

ЭКСПЕРИШТАШЮЕ ИССЗДСШНИВ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ПРУТКОВ И ТРУБ

С целью подтверждения правильности разработанных математических моделей были проведены экспериментальные исследования процесса прессования прутков и трубных заготовок из порошковой стали Р6М5 на прессе усилием 6,3 Мн <®ТТ АН СССР).

Изучение течения металла ( и ), параметров напряженно-деформированного СОСТОЯНИЯ ( "Оа- , , , А; , «"ид)

степени использования ресурса пластичности У проводили с использованием экспериментально-расчетного метода механики деформируемого тела для некомпактных материалов (учитывается изменение объема АУ , пористости б и плотности ^ ), для чего изготавливались по специально разработанной технологии образцы с линиями тока.

Программа расчета кинематических параметров и НДС при прессовании пористых материалов с учетом изменения их плотности реализована на языке ФОРТРАН дня ЭВМ ЕС ОС 1061. л. Ддя оценки эффективности технологических режимов прессова-

ния порошковых материалов и качества прутков и труб были проведены исследования микроструктуры, микротвердости, плотности и геометрических размеров пресс-изделий в 9 сечениях по дайне и в 4 сечениях по высоте очага деформации (всего 31 сечение). Анайиз распределения скоростей течения при прессовании прутков и трубных заготовок показал, что дерифертйные слои по отношению к центральным слоям заготовки - прутка на участие 0-10 мм очага деформации перемещаются с меньшей скоростью в осевом направлении ж с большей скоростью в радиальном направлении. Тогда как при прессовании -труб осеЕое течение (^/щ >{) начинается в слоях металла (линяя тока 6), расположенных у поверхности контейнера-матрицы, течение металла у поверхности иглы заторможено ( /ф0К 4 ). В данном случае года о г место снижение относительной осевой скорости течения металла 0,9 в начале ■ очага деформации, что объясняется увеличением плотности (уменьшением объема пор) порошковой заготовки. Далее наблюдается оота-

ваше течения металла в периферийных слоях. В случае прессования полах трубных заготовок на оправке это вызвано тем, что оправка оказывает тормозящее действие на течение приконтактянх слоев пористого материала ( Ьрвм5 &зх.2ааф '' ®лсш пористого материала на контакте со стальной оболочкой-стаканом (линии 6) движутся, в основном, с меньше;"! долей тотшозения оа счет положительного влияния оболочки из сталл СтЗ ( Ъстз Ь р5М5 )» который не только предохраняет пористый материал от окисления, но н играет роль смазки. При переходе из контейнера на конусную часть матрицы происходит торможение нарушых слоев заготовки. В зоне заторможенного течения металла происходит изменение злака радиальной скорости деформации. Осеьэя скорость деформа-цип не изменяет знака по всей длпна очага.

Особенности деформации порошковых сталей при прессовании наглядно подтверждаются результатами металлографических исследований, изменением штротвердости отдельных объемов

изменением микроструктуры отдельных объемов в очаге деформации прутка и трубы. Ери входе металла в зону деформации микроструктура изменяется по мере увеличения степени деформации! так, если в сечении №2 зерна приобретают направленную ориентации во внутреннем слое, то ухе в сечении Л4 ( £ =11,7550 наблюдается деформация частиц пороака во всех слоях. В сечении'-№4 наблюдаются поры только в наружном слое, а в сечении Л6 при степени деформации £ = 29,34$ ояи исчезают, что свидетельствует о более интенсивном уплотнении. Плотность при етом увеличивается от сечения »2 к сечению №5 от 7,15 г/мм3 до 8,01 г/ми3. Яри выходе из зоны деформации металл имеет однородную деформированную структуру во всех сечениях при плотности равной ог

плотности литого металла (табл. I),

Результата по распределению шкротверцоотп (табл. I) в разных сечениях образца подтверждает увеличение плотности металла, характеризуя также проработку структуры. Если в исходном сечении М1 микротвердость была 81,95 НВ, то в зоне деформации микротвердость возрастает до 106,5 ЯВ, а на выходе из очага деформации она увеличивается до 117,50 НБ, что соответствует обжатию £ = 75,5?^.

Аналогичная картина наблюдается при прессовании трубы из дороакоаой стала В5М5 на оправке и деформируемом сердеч!шке (табя,

Таблипд I

Распределение плотьосгн и шкротвердости в очаге . -деформации при прессовании стали Р6М5 в вакуушрованншс стаканах ( рогн = 60£, Л3 =70 мм, ¿пвр=1050°С)

Еомер сечения

параметр I 2 3 4 5 . 6 7 8

Длина очага деформа пдн, мм

0 9 18 27 36 45 54 63

Плотность, г/мм3 пруток 7,15 7,55 7,8 8,01 8,2 8,2 8,2

Микротвердость,НВ 81,95 труба 85,1 93,00 100,5106,5 111,2 112,6 117,5

Ш;ОТ|ОСТЬ, 7,09 6,69 7,0 7,25 98,01 8,2 8,2 8,2

Шшро твердость, НВ 81,5 79,1 83,0 98,67104,6 118,5 112,3 112,3

Величина накопленной степени деформации при прессовании А

прутка практически не меняется от оси Я = 0 до R/2, затем возрастает. На выходе коэффициент неравномерности деформации достигает значений

„ А так ~ Л min . пР К н.д =-»- « 4.UÖ

Л ср

.Анализ распределения А показал, что почти по всей доашэ очага деформадии течение пористого материала происходит равномерно, причем наибольшее значение А наблвдается в зоне це-.

при„прессовании

формащш на оправке по сравнению со значениями А на деформируемом сердечнике; при этом Л $ } Л 3 Коэффициент неравномерности деформации при прессовании труб на деформируемом сердечнике в выходном сечении составляет = 0,2 и К^д «

0,23 при прессовании на оправке.

Среднее напряжение в пери<$ерийнсисяое в середине

очага ( 2 = 20...40 им) деформации- становится больше, чем в среднем слое. Это сказывается и на степени использования'ресурса пластичности (СИРП) у > величина которого на входе ( 2 = 0...8 ш) сравнительно мало различается для разных слоев, хотя и сохраняется, как и для исходно-пористого материала, неравен-

I Ap/i N V Ар

Однако, на вшсоде из очага деформации при прессовании прут-., ка коэффициент ^ резко возрастает по отношении к значениям центральных слоев и для линий тока L } 6, У У I, что приводит к разрушению наружных слоев порошкового материала.

Судя по абсолютной величине 4* мояно заметить, что при тташшх условиях прессования врутка лэ стали Р6Ы5 вытяжка JA а 6...7 является предельной.

Характер распределения А по длине очага деформации тру- „

бы такой ке как и для прутка, однако коа|фишенг К^ слипается до 0,2...О,23, что позволяет сделать вывод о том, что в случае прессования труба на деформируемом сердечнике наблвдается более равномерная деформация норошковсго материала. Значение степени использования ресурса пластичности для труб, прессованных при ¿„р= Ю50°С и = 7. ..8 чахедятся в интервале у = 0,85...0,83,тогда как для прессованного прутка СИРП ( У ) достигает значений 0,90,;.0,53 на выходе из очага при уЛ =5...6.

Результаты исследования качества прессованных в вакуушро-ваяных оболочках прутков и трубных заготовок показали, что при нагреве заготовок из порошковой стали Р6Ы5 ( ?огн = и формации пруткоЕ с Д! = 6...7 и труб на оправке с ^М = 7...8 достигается:

плотность роти= •.95^ к хорошее качество пресс-изделий как по наружной, так и по внутренней поверхности (трещин и разрушений порошкового материала не отмечено);

достаточно хорошая точность геометрических размеров ( 100 , 100 ^ и высокая пластичность ( <Г=ЗЭ$,

V = Ш, % г = 212МЛа при = Ю50°С), что позволяет осуществлять последующую деформацию передельных труб из данного класса йоропковнх материалов на станах периодического действия Ш, ШГР.

В результате проведенных исследований разработана эффективная технология производства трубных заготовок и передельных труб из порошковой стали Р6М5 с применением процессоз -горячего прессования заготовок в вакуушроваиннх оболочках на деформируемом сердечнике.

Результаты и рекомендации, содерлищиеся в диссертационной

работе представлены автором в главе 5 в виде практических рекомендаций по организации производства изделий порошковой металлургии в создаваемой лаборатории порошковой металлургии политехнического института и научно-исследовательского института материаловедения в г.Ханое СРВ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

1. Разработана математическая модель процесса пластического

формоизменения порошковых материалов, приближающихся к реальному

строению конфигурации пор и позволявшая рассчитывать на ЭВМ поля

г

скоростей и напряжений в окресности отдельной поры из изотропного материала, при достижении хоторих происходит схватывание -сцепление двух соседних частиц порошка.

2. Разработана и реализована на 3HÍ математическая модель процесса прессования порошковых материалов, позволявдая рассчитывать поля скоростей, плотность и напряженно-деформированное состояние в очаге деформации исследуемых материалов.

3. Проведена проверка адекватности математической модели путем сопоставления результатов расчета о экспериментальными данными для порошковой стала Р6М5, полученными на олытно-промиш.-ленном прессе усилием 6,3 Мн. Сопоставление расчетных и окспари-ыевтальнкс данных показало достаточно хорошев качественное и количественное их совпадение.

4. Разработана конструкций и способ изготовления образцов дня экспериментального исследования особенности пластической деформации порошковых материалов, усовершенстэована методика расчета степени использования ресурса пластичности при прессовании на базе решения задачи пластического течения металла •'

»

с применением метода линий тока, что позволило определить ре.~и-

мы бездефектной деформации сплошных и полых заготовок аз порошковой стали Р6М5.

5. Для оценки качества трубных заготовок из лороиковых материалов проведены макро- и шкроструктурные исследования, усовершенствована конструкция вакуумной испытательной машины для исследования механических свойств и определения предельной степени деформации Ар .

6.- Успешно осуществлен и экспериментально исследован процесс прессования порошковых сталей в вакуумироваяных оболочках-стаканах. Разработана аффективные реаимн прессования порошковых материалов из стали FSM5: сплошных заготовок при = Ю50°С, JA = 6.. .7 и полых заготовок на оправке при Ю£0°С и

fA = 7...8, обеспечивание получение прессизделий высокой плотности хорошего качества и достаточно высокой пластичности С d" = 33f,, V = 88£ при =I050°G, сталь PGM5).

*7. Результаты и рекомендации по технологии и оборудовании до£я производства сплошных и полях изделий из порошковых материалов на железной основе будут использованы при организации леь ' боратории порошковой металлургии в политехническом институте и научно-исследовательском институте материаловедения в Г.Ханое Социалистической Республике-Вьетнам.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. ТчЗл Von Dung , Phon Van ha. Gi'oo iainh San xvot Sng. Ha n$>. W*0 Bach к ho et s /960 . 32 2 Ь .

2. Коликов А.П., Александрович А.И., Падунов А.Б., Чан Ван Зунг. Исследование напряженно-деформированного состояния и ресурса пластичности при прессовании порошковых материалов. Тезисы до-

кладов с. 17-19. Всесоюзная ваучво-техническая конференция исполнителей программы "Металл". "Прогнозирование и управление качеством металлоизделий, получаемых обработкой давлением" Абакан, 1988. •

3Л:л Ван Зунг, Александрович А.И., Коликов А.П. Математическое моделирование процесса деформации порошковых материалов при обработке давлением. Тезисы докладов. Часть П. с.226-227. Всесоюзная конференция "Теоретические проблемы прокатного производства". Днепропетровск. 1988.

4.Чан Вая Зунг, Александрович А.И., Коликов A.n., Парунов A.B. Математическое моделирование процесса прессования труб из порошковых материалов. Тезисы докладов. Часть П. с.35-36, Всесо-ваная научно-техническая конференция "Новые технологические процессы прокатки как средство интенсификации производства и повышения качества продукции", Челябинск. 1989.

б.Коликов А.П., Чан Ван Зунг, Парунов A.B. и др. Исследование процесса прессования исходно-пористых трубных заготовок. Известия вузов. Черная металлургия. 1989. Ю, с.78-81.

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ