автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование и разработка эффективной технологии получения прутков из спеченных порошковых заготовок вольфрама и его сплавов

%

На правах рукописи

ЧОПОРОВ Виталий Федорович

Исследование и разработка эффективной технологии получения прутков из спеченных порошковых заготовок вольфрама и его сплавов

Специальность 05.16.05 — обработка металлов давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидига технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в лаборатории пластической деформации металлических материалов Института металлургии им.А.А.Баикова РАН

чл.корр.РАН, доктор технических наук, профессор Ефименко С.П.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Голубчик P.M. кандидат технических наук, доцент Трусов В.А.

Ведущая организация ОКБ МЭЛЗ (Московский завод

час. на заседании специализированного совета Д 003.15.01 в Институте металлургии им.А.А.Баикова РАН по адресу : 117911 Москва, Ленинский проспект 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

Научный руководитель

электровакуумных приборов)

Защита диссертации состоится

Ученый секретарь £---

специализированного совета,

доктор технических наук, профессор.— Шелест А. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден и их сплавы) находят широкое применение в различных отраслях промышленности. Основным потребителем вольфрамовых полуфабрикатов в виде прутков и проволоки, является светотехническое производство электровакуумных приборов. Исходной заготовкой для получения прутков и проволоки служат спеченные штабики, которые имеют низкую технологическую пластичность и чувствительны к режимам обработки металлов давлением. Распространенным видом брака является расслоение проволоки, который приводит к большим технологическим потерям как при обработки металлов давлением, так и при изготовлении деталей электровакуумных приборов. Особо острой является проблема получения прецизионной проволоки для изделий электронной техники, которая должна иметь минимальное количество расслоений. Поэтому, в области обработки давлением выдвигаются задачи повышения качества полуфабрикатов из тугоплавких металлов.

Существующая технология получения проволоки из вольфрама и его сплавов, включающая ротационную ковку штабиков до прутков диаметром Змм и последующего волочения, отличается низкой производительностью труда, неравномерностью деформации металла и связанной с ней нестабильностью свойств по длине прутков и проволоки, высокой трудоемкостью, особенно на первых этапах ручной ковки штабиков.

Одним из наиболее перспективных направлений в решении указанных проблем представляется разработка и широкое промышленное освоение процессов сортовой прокатки, значительно сокращяюаци количество технологических операций и повышающих эффективность произ-водсьва. Однако, развитие указанного направления сдерживается из-за недостаточной изученности ряда вопросов технологии сортовой прокатки спеченных порошковых заготовок из вольфрама и его спла-

bob в калибрах ¡условия уплотнения спеченных порошковых заготовок в зависимости от технологических параметров; особенностей формоиз менения штабиков вольфрама и его сплавов в соответствии принятых режимов нагрева и термообработки новым режимом деформипрвания.

В связи с вышеизложенным, проблема разработки и освоения научно-обоснованных режимов сортовой прокатки спеченных штабиков туго плавких металлов, направленная на решение задач повышения эффекти вности производства и качества выпускаемой продукции, а также эко номии остродефицитных материалов является актуальной.

Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование и разработка технологии получения катаных прутков диаметром 5,67,0 мм из спеченных порошковых заготовок вольфрама марки ВА и сплава BP-20 в вытяжных калибрах, выбора типа стана, разработка сии темы калибров и темепратурно-деформационных режимов, обеспечивающих повышение эффективности производства на базе аамены трудоемких операций ротационной ковки процессом сортовой прокатки.

Задачами работы явились: разработка инженерного метода расчетг характеристик напряженно-деформированного состояния при прокатке в калибрах; исследование изменения плотности спеченных порошковы> заготовок в зависимости от технологических режимов прокатки; разработка рациональных технологических режимов прокатки вольфрамот штабиков, обеспечивающие высокое качество полуфабрикатов.

Научная новизна.

1. На основании анализа качественных характеристик продукции получаемой на станах различного типа, предложено применение двух валкового стана сортовой прокатки вместо агрегатов ротациолно ковки.

2. С использованием постулатов теории механики сплошных сред

математической теории пластичности разработан инженерный метод расчета напряжений, деформаций и степени накопленной деформации в объеме очага деформации при прокатке в системе вытяжных калибров "квадрат-овал-ребровой овал".

3. Сформулированы следующие основные принципы конструирования калибров, заключающиеся в выполнении требований: а> обеспечение максимального охвата прокатываемого металла калибром, для создания благоприятной схемы напряженного состояния: б) согласование Форш заготовки, формы калибра и степени вытяжки таким образом, чтобы в любом сечении по длине очага деформации накопленная степень деформации не превышала критического значения.

3. Установлено влияние температуры, скорости и степени деформации на изменение плотности спеченных заготовок при прокатке в калибрах. Предложена методика определения оптимальных коэффициентов вытяжек в калибрах по величине исходной плотности порошковой заготовки.

5. Разработай технологический процесс получения прутков диаметром 5,6...7.0 мм методом сортовой прокатки на двухвалковом ставе спеченных заготовок из вольфрама марки ВА и сплава BP-Z0. Новигка технологического процесса подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение (A.C.N 403499,900531.1279145.1431183.1623834).

Практическая ценность и промышленная реализация работы. Работа выполнена в соответствии с тематическими планами научно-исследовательских и опытно-технологических работ Института металлургии им.А.А.Байкова РАН в лаборатории пластической деформации метаали-ческих материалов. Практическая ценность работы состоит в том.что в ней решена важная научно-техническая задача - повышение э<ЪЬе»сгв-вности производства, за счет внедрения прогрессивного способа сортовой прокатки; повышение качества выпускаемой продукции и зкояомсга

- с» -

остродефицитных материалов, за счет исключения из технологического процесса операций ручной ротационной ковки.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического процесса сортовой прокатки прутков диаметром 5.67.0 ш из штабиков вольфрама марки ВА и сплава ВР-20, которая внедрена на Московском заводе электровакуумных приборов. Годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составил 50 тыс. р»6. на 1 т. готовой продукции в ценах 1988 г.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и оосух-дены на: Всесоюзной конференции "Новые технологические процессы и оборудование прокатного производства - средство повышения качества м экономии металла" (г.Челябинск, 1980 г.); Всесоюзной конференции "Физико-химические основы жаропрочности металлических материалов" Сг. Москва. 1983 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Новые технологические процессы как средство интенсификации производства и повышения качества продукции" (г.Челябинск, 1989 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзорной главы и четырех глав, в которых изложены методика и экспериментальные результаты работы, а также главы, посвященной промышленному опробованию подученных результатов и на основании их, внедрению разработанной технологии, выводов, списка используемой литературы и приложений. Диссертация содержит страниц, из них страниц занимает иллюстрированный материал, список литературы ж страниц - приложения.

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ПРОКАТКЕ В КАЛИБРАХ Большой вклад в создание и развитие теоретических и экспериментальных методов решения задач обработки металлов давлением

- / -

внесли : И.Я.Тарновский, П.И.Полухин, А.П.Чекмарев, Г.А.Смирнов-Аляев, В.Л.Колмогоров, М.С.Мутьев, В.К.Воронцов, Г.Я.Гун и др. Благодаря работам этих ученых достаточно хорошо разработаны методы расчета формоизменения металла и энергосиловых параметров при прокатке в калибрах.

Особенности деформирования спеченных порошковых вольфрамовых заготовок (штабиков), с относительной плотностью равной 0,87-0.92 от теоретического значения, по сравнению с литым материалом требуют проведение анализа напряженно-деформированного состояния в очаге деформации при прокатке в выбранной системе калибров и определения накопленной деформации в любой точке деформируемого материала. Сравнение достигнутой степени накопленной деформации с критическим значением диаграммы пластичности позволит в конечном итоге выбрать систему вытяжных калибров и коэффициентов вытяжки в них, а также определить некоторые принципы конструирования этих калибров.

Поставленная задача может быть решена с применением вариационных методов расчета, либо с использованием экспериментально-теоретических подходов (КЭЛ-метод), либо на основе упрощения задачи с помощью ряда допущений, позволяющих произвести инженерную оценку пригодности выбранной системы калибров.

Первый из названных способов требует подбора подходящей функции позволяющей минимизировать энергию или работу пластической деформации, второй способ требует постановки специальных экспериментов, позволяющих опытным путем определить поле перемещений. Оба метода достаточно трудоемки. По этой причине выбор был остановлен на инженерных подходах к оценке напряженно-деформированного состояния при прокатке в вытяжных калибрах.

ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И СТЕПЕНИ НАКОПЛЕННОЙ ДЕ<ЮРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ В КАЛИБРАХ С целью упрощения задачи разработан инженерный метод расчета напряженно-деформированного состояния при прокатке квадратной заготовки в системе калибров овал-ребровой овал. При этом принять следующие допущения: траектория движения материальной точки соответствует диагонали параллелепипеда, грани которого находятся н; плоскостях параллельных вертикально-продольной и горизонтально-продольной плоскостям; деформация в продольном и поперечно» направлении рассматривается как плоская; поле скоростей матери альных точек вдоль очага деформации Ух соответствует горизонталь ной составляющей вектора окружной скорости валков У0 по всей дли не очага деформации; поле перемещений в поперечном налравлени описывается параболическим законом с разными значениями параметр параболы "Р" вдоль очага деформации. При этом принято, что ушире кие вдоль очага деформации аппроксимируется прямой линией от исх дной ширины Ьо до конечной Ь>1. Принятое допущение о поле скорост вдоль очага деформации приводит к известному соотношению

1 / к2 л с/Ух х

V*--V» II ♦ —^ | ( 1 ): сх ---V«» —5 ( г )

?. Я*- I с*х ¡г

Допущение о параболическом законе перемещения материальных 1

чек поперек очага деформации при прокатке квадратной заготовки I

овальном калибре и овала в ребровом овальном калибре основано н<

наших экпериментальных данных. Определение скоростей деформаш

при выбранной системе координат осуществляется следующим образа

Скорость в поперечном направлении в плоскости (YOZ) может бы'

определена (Рис.1)

г „ вк " вцтл

- г Ув | у А + - ( 3 )

<- ?

y&fc-gL ч

л f £

_V- о ; =7 ✓

с.

- g -

При условии

bk bk - bim hk

— > z >-; 0 <y <■>—

2 2 2 P2-P,

где - А =-; VB - окружная

2Р,Р2

скорость валков; вк - ширина калибра; Р1 - параметр параболы, описывающий исходную заготовку; Р2 - параметр параболы, описывающий сечение в очаге деформации; в;т - текущая ширина по длине очага деформации в рассматриваемом сечении, которая определяется из простого геометрического построения длины очага деформации; Ьк - высота калибра.

Продифференцировав выражение (3), найдем

г „ ВК " Bim "i

| у А + - I

L 2 J

( 4 )

Пренебрегая вторым членом в уравнении ( 4 ) в виду его малости по сравнению с первым членом, выражение для е2 примет следующий вид

е2 - АУВУ-

Из условия несжимаемости

ёх + ¿у + ¿2 - 0; ёу » - ёх -Подставляя (2) и (5) в (б), получим

( 5 )

( 6 )

* О ^ ^ s rf \

2 --- ; 0 > X > ld (7)

* VB ( + А У2 )', — < У <

2

где Ьо - высота исходной заготовки.

Интегрируя уравнение (7), определим значение скорости Уу

„з

- AVB

( 8 )

Скорость сдвиговой деформации еуг определим из (1) и (8) dV2 dVy

£у2--+ - » 2А2У ( 9 )

с/у efe

Используя известные в теории пластического течения соотношения между напряжениями и скоростями деформаций получим систему уравнении

62 " б + 2 Xj ¿2 б2 + бу \

бу •= б + 2 Aj ¿y ; где - б - - > ( 10 )

"£у2= еУ2 2 /

Ai - коэффициент жесткости (связи). Для идеально-пластичного материала

бт Xi - — 3sí

бт - предел текучести; - интенсивность скоростей деформации. Для плоского напряженного состояния можно принять

Slézl бт

£i - —— , тогда Xt » -— ( 11 )

1/3

Подставляя (4), (7), (9) и (11) в (10) получим бт

Qz = б + --— \

И'З „ „ z бт |

бт (х + RzAy ) : Ту2 = -г- > ( 12 )

бу - б--г-—--у /3 |

/3 RV >

Для определения среднего нормального напряжения б воспользуемся у

внением равновесия

d6¿ dXyz d6 dXyZ i

+ - = о -+

dz dy dz _ dv

dtyz

d6g или дТаъ. ML-Аг < 13 >

dz dy

Полный дифференциал б определим из соотношения

d6 dó á6 - — d2 + *— dy dz dy

и принимая во внимание (13) получим

|ЛУ2 с1Ху2

с!б ---¿г--ёу ( 14 )

с/у с/г

После подстановки значений ху2 из (12) в (14) и интегрируя это выражение определим

. бт г 2 1

б = С * — | —- 1пу | |/3 ^ 2уг

Постоянную интегрирования определим из условия: б - О при у = О и г - О, тогда С = 0 и значение б будет равно

бт г г2 т

б = — | -- 1пу | ( 15 )

УЗ и 2у2 -1

Подставив значение б в уравнение (12) получим

<-»

бт Г 1 >

б2 - — |1 + —„- 1пу | (

/з 2у2 2 бт |

бт Г 2^ X* Т, Ху2 = —} ( 16 )

бу ---- 1 -„" 1пу--+ 1 | у/3 I

2у<- АКу -1 I

/

Для определения компонентов тензоров напряжения и деформаций в плоскости ХОУ, используя выражения (10,11,13,14) применительно к выбранной плоскости ХОУ, определяем компоненты тензора скоростей перемещений и деформаций, получим выражение для определения напряжений бх, ХХу

бт г У2 , 1 У бт

бх - —=. 1 - — + 1пх ; хху ----- ( 17 )

/3 1 4х" * ■ 2х/3

Аналогично находим касательные напряжения для плоскости УШ., используя формулы (9-11)

х бт

Тх2 = -X ( 18 )

г /з

Таким образом, полученные выражения для компонентов деформаций, скоростей деформации, напряжений позволяют описать напряженно-деформированное состояние в очаге деформации, оценить коэффициент жесткости напряженного состояния и степень накопленной деформации в различных сечениях по длине очага деформации.

Система уравнений (16) была использована для определения напряжений (б и-Си), коэффициента напряженного состояния (б/Т) и степени накопленной деформации в любой точке сечения по длине очага деформации при прокатке овальной литой заготовки из Ст.З в овальном калибре с вытяжкой Л - 1,43, которые сравнивали с результатами расчета, полученных с использованием экспериментально-теоретического метода (КЭЛ). Данные приведены в табл.1

Таблица 1. Сравнительные данные расчета коэффициента напряженного состояния (б/Т) и накопленной степени деформации Л при прокатке овальной заготовки в овальном калибре с вытяжкой X = 1,43.

х/Ы Значение (б/Т) § о» ■ Значение А — ь»--- а

КЭЛ (бД)к инженерн. (6Д) 1 КЭЛ-ме-|инженерн. тод, Лк| Л

СО Ю N ООО 0,27 0,54 0,73 0,24 0,43 0,68 11,1 11,5 11,8 1 0,85 | 0,76 0,55 | 0,49 9,15 | 0,13 I , „ ... 10,1 10,5 10,8

Сравнительный анализ полученных результатов расчета коэффициента напряженного состояния (бД) и степени накопленной степени деформации инженерным и (КЗЛ)-методом, где первоначально используются экспериментальные данные по определению поля перемещений частиц деформирующего металла для той же системы калибров, показали хорошее совпадение.

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

ПРИ ПРОКАТКЕ СПЕЧЕННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Трудности при создании математической модели, описывающей напряженно-деформированное состояние при прокатке в калибрах, увеличи ваются когда деформируемый материал не может быть описан постулата ми механики сплошной среды, а представляют собой пористый порошковый материал. Учет влияния изменения относительной пористости в пр

цессе формоизменения и связанные с этим изменение предела текучести может быть учтен в коэффициенте пропорциональности, связывающего главные напряжения со скоростями деформаций по соответствующим осям.

Зависимость предела текучести деформируемого материала от относительной плотности может быть определена выражением

бТр - бт рш ( 19 )

где бтр - предел текучести пористого тела; бт - предел текучести сплошного тела; р - относительная плотность материала; ш - постоянная материала, изменяющаяся от 3 до 4.

В свою очередь изменение относительной плотности связано с объемной деформацией соотношением

р - Ро ехре ( 20 )

где ро - относительная плотность прокатываемого материала; е - текущее значение объемной степени деформации.

В работе проведен анализ уплотнения спеченных порошковых заготовок в зависимости от степени деформации, который подтвердил возможность использования выражения (20). Установлено, что основным фактором, определяющий уплотнение при сортовой прокатке, является средняя единичная Хср вытяжка. Относительная плотность спеченной порошковой заготовки монотонно возрастает по мере увеличения средней вытяжки и достигает значения 0,98-0,99 (Рис.2). Величина минимальной суммарной вытяжки и количество проходов при этом определяется средней единичной вытяжкой ХСр- Однако, получение максимальной интегральной относительной плотности катаной заготовки не гарантирует получение бездефектной катаной заготовки. Для получе-качественных прутков для последующего волочения, необходимо опре-

делять накопленную степень дефо рмации в зависимости от вытяжки и исходной относительной плотно сти штабика.

Подставляя (20) в (19) получим зависимость

бур - бт(р0ехре)т ( 21 ) Заменив в формуле (11) бТ на бт получим выражение для определения коэффициента пропорциональ-

бтр бт(р0ехре)ш - - - --— С 22 )

2е2 /3 2Е2 V3 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СТЕПЕНИ НАКОПЛЕННОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ КВАДРАТНОЙ ЗАГОТОВКИ В СИСТЕМЕ КАЛИБРОВ ОВАЛ-РЕБРОВОЙ ОВАЛ При прокатке квадратной заготовки в овальном калибре следуе! учитывать тот факт, что в начале очага деформации имеется небол! шой участок, который соответствует интервалу от начала касания в; лков в углах квадратного профиля до полного касания дна калибра ] стороны квадратного профиля. Протяженность этого участка колеблем ся довольно в широких пределах и зависит от радиуса овального к-либра и стороны квадратного профиля. Длину этого участка определяем по формуле

К - х/ 1с1 = / (Нз-НкЖв/ДЬсрКн ( 23 )

где Н3,НК - высота заготовки и калибра соответственно-, Rb.Ru - Р< диус валков по дну калибра и радиус валков, соответствующий каса углов квадратной заготовки с поверхностью калибра; ДЬСР - обжати

определяемое как разность средней высоты калибра и заготовки. Средни) высоту калибра определяем как сумму высоты заготовки и средней высоты фигуры между поверхностью квадратной заготовки и калибра.

Исходя из принятых допущений при разработке инженерного метода расчета напряженного деформированного состояния любая точка на поверхности квадратной заготовки и точки, лежащие ниже этой поверхности, не претерпевают деформации по вертикальной оси ОУ до момента соприкосновения дна калибра с поверхностью квадратной заготовки. Это дает возможность определения степени накопленной деформации по зависимости

Л1 =■ / 4/3[ёх + £=£х + (24)

Однако, как показали эксперименты, проведенные Б.Л.Колмогоровым при обжатии образцов различной формы, на боковых поверхностях возникают деформации, которые вносят свой вклад в общую накопленную деформацию. По этой причине в работе принято, что степень накопленной деформации должна определяться как сумма накопленных деформаций, подсчитанных по формуле (24) и накопленной деформации, взятой из экспериментальных данных В.Л.Колмогорова.

Определение степени накопленной деформации в любой точке сечения на участке длины дуги захвата, где дно калибра не коснулось поверхности квадратной заготовки, определяли из допущений, что степень сдвига должна уменьшаться по прямой между величиной /\1 на поверхности до /V, в центре квадратной заготовки, при этом Ло подсчи-тывается в предположении, что на этом участке еу и е3 равно "О"

.--Н3 + ДЬг-р

Ло = V 2/ЗС£Х1 ; - 1п -

Нэ

После касания дна калибра с поверхностью квадратного профиля, накопленную степень деформации расчитываем по формуле

Л2 - |^/ЗС( 1- £у/Ех)2 + (ёу/Ех - ¿г/ёх)2 + (Ях/ёх " 1)23 X *ехс1т (2Е Результаты определения величины Л сравнивали с кривой диаграммы пластичности, которые приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты определения накопленной степени деформации Л при прокатке в овальном калибре вольфрамового штабика с различной степенью деформации (исходная относительная плотность ро=*0,89). (х,у и г координаты выбранной точки)

А= 1,43 (е-537.) Х-1,32 (£-407.) Х-1,26 (£=307.)

0.31а о,51а 0,71(3 0,31а 0,51а 0,71а 0,31а 0,51а 0,71а

X У 2 Л 6,27 6,85 2,5 0,73 10,45 6,85 2,5 0,61 14,6 6,85 2,5 0,39 5,62 5,95 2,5 0,61 8.94 5.95 2,5 0,53 12,8 5,95 2,5 0,43 4,21 3,8 2,5 0,57 10,8 3.8 2.5 0,51 14,3 3,8 2.5 0,41

Для штабика (исходная относительная плотность 0,89), прокатанного с X« 1.43 (е «= 53%) для сечения, отстоящего на 0,31а от выхода металла из очага деформации и б./Т - 0,61, вычисленная Л = 0,73 лежит выше кривой диаграммы пластичности. Это значит, что в этом сечении следует ожидать нарушение сплошности (снижение плотности) металла при прокатке. В тоже время, прокатка с А=1,32 для того же сечения очага деформации и при б/Т = 0,25, вычисленная Л = 0,61 находится ниже кривой диаграммы пластичности. Подобные результаты были получены и для других значений исходной относительной плотности штабиков вольфрама и условий прокатки.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ СПЕЧЕННЫХ ЗАГОТОВОК ВОЛЬФРАМА МАРКИ ВА В работе проведен анализ уплотнения спеченных порошковых заготовок в зависимости от температуры и скорости прокатки, суммарной степени деформации.

Исследования показали, что температура в интервале 1150-1550°С

и скорость прокатки в диапазоне 0,245-1,7 м/сек. не оказывает существенного влияния на изменение плотности спеченных заготовок.

Оценку влияния степени деформации (вытяжки) при деформации на изменение относительной плотности вдоль очага деформации изучали на основании анализа напряженно-деформированного состояния конкре-

этих сечениях конкретные значения плотности, накопленной степени деформации Л и б/Т, а затем сравнивали с диаграммой пластичности .

Как видно из рис.3, изменение относительной плотности в различных сечениях по длине очага деформации в зависимости от обжатия и исходной относительной плотности не носит характера монотонности. Наличие максимумов или минимумов на кривых свидетельствует об изменении условий деформации материала по мере прохождения его по очагу деформации. Относительная плотность монотонно возрастает при определенной степени деформации, характерной для спеченной заготовки с конкретной исходной плотностью. В тоже время, при прокатке штабиков с той же плотностью, но с обжатиями ниже или выше оптимальных на длине очага деформации (0,25-0,35)1а наблюдаются провалы значений относительной плотности.Это свиде-

0££

Рис.3

тно для каждого режима прокатки (рис.3). Для этого, вначале определяли по формулам (2,5,7 и 18.) компоненты тензоров скоростей деформаций сдвига и напряжений в сечениях (0,3; 0,5;0,7) от выхода из очага деформации образцов с разной исходной относительной плотностью, прокатанных с обжатиями 30,40 и 502. После этого определяли в

тельствует о том, что в этом сечении происходит разрыхление материала, сопровождающееся снижением относительной плотности, что может вызвать образование трещин при дальнейшей обработке. Такие провалы значений относительной плотности не были обнаружены при исследовании изменения относительной плотности в зависимости от единичной вытяжки (Рис.11. Это говорит о том, что достижение максимальной интегральной плотности не гарантирует получение бездефектной заготовки. Качественная заготовка может быть получена с такими вытяжками, при которых накопленная степень деформации не превышает критического значения для данной исходной относительной плотности. Была проведена аппроксимация зависимостей, при которых происходит монотонное уплотнение материала. Единичные вытяжки, при которых не происходит "разрыхление" материала, определяется формулой:

X «= 9,5 Ротн.2 " 13,745 рОТн. + 6,14 ( 26 )

где х - единичная вытяжка ; ротн.- исходная относительная плотное!

На основании проведенного исследования предложен алгоритм конструирования калибров для прокатки спеченных заготовок из вольфрама включающий следующие операции:выбор системы вытяжных калибров I коэффициентов вытяжки в них; проверка условий захвата и энергосиловых параметров: конструирование калибров; расчет степени накопленной деформации Л в любой точке деформируемого материала и сравнение достигнутой степени накопленной деформации с критическим значением кривой диаграммы пластичности. Разработана система калибров овал-ребровой овал, которая позволила получать качественны' прутки из штабиков вольфрама и его сплавов.

РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОРТОВОЙ ПРОКАТКИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОЛЬФРАМОВОЙ ПРОВОЛОКИ. Регламентируемый технологической инструкцией температурный режим благоприятно сказывается на структуру всего сечения прокагано-го прутка выгодно отличается от стуктуры прутка, полученного ротационной ковкой. Это объясняется более глубокой и равномерной проработки сечения прутка при прокатке в калибрах. Исходя из этого реализуется следующий температурный режим: нагрев штабиков вольфрама и его сплавов до температуры 1550°С, прокатка в овальном и круглом калибре с промежуточным нагревом между проходами, отжиг при температуре 2200°С в течении 3-5 мин., нагрев прутков до температуры 1550°С и прокатка в системе калибров овал-ребровой овал-круг до круга $ 7мм с промежуточными нагревами между проходами.

Рассчитанная с учетом напряженно-деформированного состояния калибровка предусматривает следующее распределение вытяжек: первый овальный калибр -ц - 1,2 -1,35; в последующих овальных калибрах р. - 1,2 - 1,35; в ребровых калибрах ц. » 1,15 - 1,25.

На основании проведенного исследования спроектирована технология прокатки в калибрах для получения прутков диаметром 7,0 мм из штабиков вольфрама марки ВА. размерами 10,5x10.5x500 мм, и прутков, диаметром 5,6 мм из сплава ВР-20, размерами 8,5x8,5x500 ш. Эта технология включает:нагревательную муфельную печь, обеспечивающая нагрев штабиков вольфрама и его сплавов до температуры 1650°С в атмосфере водорода, одногслетьевого прокатного стана с диаметром рабочих валков 300 мм, на которых нарезаны ручьи системы калибров овал-ребровой овал. Скорость прокатки - 0,5 - 1,5 м/'сек. *

В процессе выполнения работы осуществлялась промышленная переработка опытных партий вольфрамовых штабиков марки ВА и сплава ВР-20 в условиях Московского завода электровакуумных приборов.

Тайдииа 3. Механические свойства проволоки сплава ВР-20, полу' ченной из катаных и кованых

-- Сйособ обработки Предел прочности кГм/мм- i Относительное | Расслой удлинение,Z i z •

диаметр.мм

1,45 10,88 |0,52| 0,3 |1,45 |0,88|0,52|0,3 | | | | III 0,8810,3

1-Цро~ка. 2. Ковка 130,61196,2) 23б| 307 |12,3 |10,0| 4,3|2,7 174,5|206,2|232,| 291 |11,9 |11,2| 4,0|2,6 1 fi t Iii | 2,512,98 11,4128,3 1

Сравнительные исследования потерь вольфрама показали, что выхо; годного металла в технологии с применением сортовой прокатки шта-бштв увеличивается в сравнении с ротационной ковкой на 8,2Х, а а давность при волочении проволоки из катаных прутков в 1,8 раза ме иьте, чем при волочении проволоки из кованых заготовок.

Результаты дефектоскопического анализа прутков, проволоки промежуточных и конечных диаметров, приведенных в таблице 4. подтвер дмяи зависимость дефектообразования от способа деформации штаби-кав. Прутки диаметром 7,0 мм из вольфрама марки ВА и диаметром 5.5 мм из сплава ВР-20 , полученные сортовой прокаткой в калибрах в 2,4 раза , а проволока диаметром 1,45 мм из вольфрама марки ВА цроваяока диаметром 0,52 и 0,3 мм из сплава ВР-20 в 1,8...2,5 pas меньшему подвержена дефектообразованию, чем прутки и проволок; полученные по существующей технологии с применением ротационно! ковки.

Катаные прутки, и полученная из них проволока диаметрами 0,31,45мм, обладают повышенным на 12-25Z сопротивлением разрыву по < внению с кованым. Относительное сужение * катаного металла на эт не переработки заготовок диаметром 3,0-9,0 мм на 8-11% выше, чем кованого, а при дальнейшей переработке заготовок на диаметрах О, 1,45 мм сопоставимо у обоих методов обработки.

В результате выполненных исследований разработаны технологические схемы производства проволоки из вольфрама марки ВА и сплава ВР-20 с использованием сортовой прокатки в калибрах в условиях цеха N 1 АО МЗЭВП. Для сплава ВР-20 основными этапами являются выполняемые последовательно технологические операции прокатки на 2-х валковом стане в калибрах.с промежуточным нагревом штабиков между проходами, в прутки диаметром 5,6мм, ротационной ковки прутков до диаметра 2,75 мм и волочение с промежуточными отжигами. Для вольфрама марки ВА основными этапами являются; прокатка штабиков на 2-х валковом стане в калибрах до прутков диаметра 7,0 мм,ротационная ковка прутков до диаметра 2,75 мм и волочение с промежуточными отжигами.

Промышленное внедрение технологии производства вольфрамовой проволоки с применением сортовой прокатки в калибрах штабиков позволило исключить из технологического цикла ручную ротационную ковку. При этом 20-24 перехода ковки заменяются б калибрами сортовой прокатки, уменьшаются безвозвратные потери остродефицитного вольфрама, повышается качество проволочной заготовки и готовой проволоки, увеличивается производительность труда. Разработанная технология сортовой прокатки в калибрах вольфрама и его сплавов внедрена на Московском заводе электровакуумных приборов. Экономический эффект от внедрения составит 50 тыс.руб. на 1 т. продукции ("в цен;« 1988 г.).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. С использованием постулатов теории механики сплошных сред и математической теории пластичности разработан инженерный метод расчета напряжений, деформаций и степени накопленной деформации в объеме очага деформации при прокатке в системе вытяжных калибров

Г.1*

"овал-ребровой овал". Получены и обобщены данные о распределени: напряжений и скоростей деформаций сдвига в объеме очага деформац в широком диапазоне обжатий при прокатке квадратной заготовки овальном калибре и овала в ребровом овальном калибре. Различия рассчитанных этим методом степеней накопленной деформации по ср анению с методом КЗЛ не превышает 102.

2. Анализ напряженно-деформированного состояния, проведении инженерным методом, позволил сформулировать основные принцип конструирования калибров заключающиеся в выполнении требований а°1 обеспечение максимального охвата прокатываемого металла калиб ром, для создания благоприятной схемы напряженного состояния; С согласование формы заготовки и формы калибра таким образом, чтос в любом сечении по длине очага деформации накопленная степень де формации не превышала критического значения.

3. На основании изучения закономерностей уплотнения спеченш пористых заготовок из вольфрама определены оптимальные термомех. нические условия получения прутков методом сортовой прокатки. Л] катку вольфрама и его сплавов следует проводить в температура интервале обработки давлением воьфрамоваых штабиков с единичным вытяжками, определяемых по формуле

X - 9,3 ротн.2 - 13,745 ротн. + 6,14 4. Разработана система калибров овал-ребровой овал, которая по водила получать качественные прутки из штабиков вольфрама и ег сплавов, за счет создания в очаге деформации напряженно-де<Ьорм рованного состояния, обеспечивающая достаточно быстрое закрыт пор, что уменьшает возможность загрязнения металла вредными пр иесями.

5. Разработана и внедрена эффективная технология производства вольфрамовой проволоки с применением сортовой прокатки штабиков

pax, позволившая исключить из технологического цикла ручную энную ковку. При этом 20-24 перехода ковки заменяются 6 кали-юртовой прокатки. Разработанная калибровка при заданных ско-х условиях прокатки дает возможность оптимизировать ее по ггям: а) изменение формы калибров в том случае, если степень ;нной деформации превышает уровень, определенный диаграм-ютичности: в) варьирование степенями вытяжки для обеспече-[учения качественной заготовки также по критериям степени нагой деформации. Эта технология, в которой с применением опе-равления поверхности раската для штабиков с ротн < 0,89 и опция рекристаллизационного отжига в технологическом маршруте -та повысить выход годного на 8,2%. Исследования механичес-|йств проволоки, полученной из катаных прутков, соответству-Г11 021. 002-76 и ОСТ11 021.005. Сравнительные исследования ческих свойств проволоки, полученной из катаных и кованых s показали, что проволока диаметром 1,45 мм из вольфрама мар-* проволока диаметром 0,52 и 0,3 мм из сплава ВР-20 в 1,8-2,5 двержена меньшему дефектообразованию, чем прутки и проволо-[ученная по существующей технологии с примением ротацион-

!КИ.

аботанная эффективная технология сортовой прокатки в кали-вольфрама и его сплавов внедрена на Московском заводе элект-/мнх приборов. Экономический эффект от внедрения составил руб. на 1 т. продукции (в ценах 1988г.).

ОСНОВНОЕ содержание ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РЛШ

1. Перспективы применения сортовой прокатки при проиэво вольфрамовой проволоки. / И.М.Павлов, В.И.Изотов, В.В.Нес В.Ф.Чопоров и др. - Науч.труды ВНИИТС "Металлургия, 1973, с. 66 - 69.

2. A.C.N 403499. Способ изготовления спеченных изделий. Гаяин, В.Г.Осипов, В.Ф. Чопоров, Б.В.Егоров.- Опубл. в N 43.

3. A.C. N 908531. Способ деформации спеченных заготовоь фрама./ И.М.Павлов, В.И.Тираспльски, В.Ф.Чопоров, Е.В.Ушг Зеленцова, В.И.Каравайцев.- Опубл. в БИ, 1982, N 8.

4. Влияние условий прокатки в калибрах на структуру и < метадлокерамического вольфрама марки ВА. / И.М.Павлов, Е В.Ф.Чопоров и др. - Тезисы докладов конференции "Новые ti ческие процессы и оборудование прокатного производства -повышения качества и экономии металла". Челябинск, 1980

5. И.М.Павлов, Е.В.Ушаков, В.Ф.Чопоров и др. Исследова ния условий прокатки в калибрах на структуру и свойствах

¡■У, и проволоки из вольфрама марки ВА. - В кн.: Пластичность

г

.. I. и сплавов с особыми свойствами. М., Наука, 1982, с. 145-

6. Влияние условий прокатки в калибрах на структуру и cboi

г.

к

f.: h

!

метадлокерамического вольфрама марки ВА. / И.М.Павлов, Е.В.:

'К ' •

В.Ф.Чопоров и др. Всесоюаная конференция "Физико-химические жаропрочности металлических материалов"., Москва, 1983 г.

7. И.М.Павлов, В.Ф.Чопоров, В.И.Тирасподьский/н.М.Зеленц Оптимизация термомеханических условий прокатки в калибрах в ма марки ВА. - В кн.: Пластическая деформация конструкционн териалов. П., Наука, 1987 76-79.

8. Уплотнение спеченных порошковых заготовок из тугоплавк тадлов при прокатке. / А.Ф.Пименов, В.Ф.Чопоров. - Тезисы д

•

>: Всесоюзной научно-технической конференции "Новые технологич

(!• процессы прокатки как средство интенсификации производства"

«' бинск, 1989 г.

A.C. N 1623834. Способ деформации пористых заготовок из фрамовых сплавов. / В.Ф.Чопоров.А.С.Пиыенов, Ф.Р.Карелин, В.И. спольскии. - Опубл. в БИ, 1991 г., N 4.

B.М.Пановко, В.С.Юсупов, Ф.Р.Карелин.В.Ф.Чопоров. Обработка ением порошковых материалов. - В кн.: Обработка давлением ме-ических материалов. М., Наука, 1990 г.,с. 109-152. П.Ефименко, В.Ф.Чопоров. Оптимизация режимов деформации ластичных материалов в вытяжных калибрах,- Металлы 1998

Подписано к печати 28.11.97 г. Объем I пл.. тираж 100 экз.

ТОО "Интерконтакт Наука" (ЛР №071113 от 8.12.94 г.) 117911 Москва, Ленинский пр.,49