автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка технологических режимов сверхпластической формовки на основе анализа структурно-кинетических и феноменологических характеристик стали 03Х26Н6Т

Могксгйский гггсудафсткенный институтстгглтгисплтшов (Технологическийунивгерситег)

РГ6 ОД

- 5 ИШ 1995

На правах рукописи Аспирант ПЕРЕПЕЛИЦЫНА Любовь Ивановна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОЙ ФОРМОВКИ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СТРУКТУРНО-КИНЕТИЧЕСКИХ И ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИХ , ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛИ 03Х26Н6Т

Специальность 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

/

Работа выполнена в проблемной -'научно-исследовательской лаборатории деформации сверхпластичных материалов Московского государственного института стали и сплавов.

Научные руководители: члешкорр. РАЕН, проф., д. т. и. О. М. СМИРНОВ, с. н. е., к. т. н. М. А. ЦЕПИН.

Официальные оппоненты: проф., д. т. н. К. И. РОМАНОВ, к. т. н. К. М. СЕМЕНКО.

'Ведущее предприятие: АООТ Национальный институт авиационных технологий.

Защита диссертации состоится « ^. » 1995 г.

в 9 часов на заседании диссертационного совета К.053.08.02 в Московском государственном институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

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

Автореферат разослан « » . . . 1995 г.

Справки по телефону: 236-99-50.

Ученый секретарь диссертационного совета

д. т. н. Н. А. ЧИЧЕНЕВ.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш: Масштаб экономических изменений в промышленности в связи с переходом к открытой рыночной экономике требует комплексного подхода к экспериментальным и теоретическим вопросам в области разработки и промышленного использования наукоемких высокоэффективных технологий. К числу таких технологий относятся процессы обработки металлов давлением на базе явления сверхпластичности. Несмотря на то, что само явление изучено достаточно подробно, о чем свидетельствуют материалы прошедших за последнее двадцатилетие пяти международных конференций по сверхпластичности, является важным дальнейшее исследование феноменологии сверхпластичности, предполагающее учет и изменение геометрических, реологических и структурных параметров материала в процессе деформации. Это направление является

*

традиционным для научной школы Московского государственного института стали и сплавов и принесло ей международное признание.

Опыт использования листовой сверхпластической формовки (СГН) - одной из эффективных технологий на базе сверхпластичности, в нашей стране и, особенно, за рубежом показывает возможности ее применения как в военной, так и в гражданской технике, а также е& гибкость, экономичность и конкурентноспособность.

Применение в качестве сверхшастичного материала феррито-аустенитной стали 03Х26Н6Т для гразданской продукции широко известно за рубежом. По сравнению с другими сверхпластичными материалами она относительно дешевая, и при наличии необходимой-технологической базы является перспективным для производства материалом. Но в нашей стране она использовалась, в основном, для изделий военной техники и технология ее производства была разработана специально под сверхпластическую формовку деталей газоту- ,

рбинных двигателей. В связи с конверсией предприятий ВПК и открытием свободного доступа к информации, имеющей ранее ограниченный характер использования, является актуальным обобщить известные в открытой печати данные и исследовать новые факторы использования этой стали в промышленности на основе разработанных для специальных-целей методик, методов испытаний и моделирования.

Практическое применение и промышленное использование технологии СПФ требует более детального исследования термомеханических режимов СПД, реологических свойств промышленно выпускаемой сверхпластичной стали и их зависимости от происходящих при СПД структурных изменений, анализа оптимального формоизменения, исследования и расчета характеристик деформируемости листовых материалов, определения требуемых усилий и разработки технологических режимов для процесса СПФ слокнопрофильных изделий.

Решению части данных вопросов посвящена настоящая диссертация,. в которой содержится новое решение актуальной научно - технической задачи расчета технологических режимов СПФ для производства товаров народного потребления на основе исследования и описания структурных и феноменологических характеристик СЦЦ.

Настоящая работа является частью комплекса исследований, проводимых Московским государственным институтом стали и сплавов в соответствии с государственной научно-технической программой "Технологии, машины и производства будущего" (проект 0.06.01.0014) и в рамках госбюджетной научно- исследовательской работы "Создание основ рэологии перспективных конструкционных материалов в условиях слокного термомеханического воздействия", выполняемых в 1990-1995 годах.

Работа выполнена при научной и методической консультации с.н.с., к.т.н. Г.Ю.Глебовой, одного из разработчиков технологии

производства сверхпластачного листа из стали 03Х26Н6Т..

Цель работы: На основе экспериментального исследования структурных изменений и реологических свойств при нагреве и СПД феррито-аустенитной стали 03Х26Н6Т, компьютерного моделирования процессов растяжения и СПФ, разработать инженерную методику расчета технологических режимов СПФ полых деталей.

Научная новизна.

1. Разработана стереологическая модель реконструкции неравноосной микродуплексной структура стали в равноосную.- Модель рассматривает обобщенный структурный параметр О как среднегеометрическое значение для средних величин логарифмически нормальных распределений по размерам выделяющейся 7-фазы для трех характерных направлений, умноженное на коэффициент объемного содержания этой фазы, определенный независимым точечным методом.

2. Показано, что ранее известные феноменологические законы изменения структуры при нагреве и СГЩ действуют и для предложенной в работе величины обобщенного структурного параметра и с высокой точностью описывают экспериментальные данные.

3. На основании анализа изменения обобщенного структурного параметра при нагреве и СПД показано, что зависимость относительной скорости роста- структуры дП/0/й% от скорости СЦД имеет немонотонный характер и при увеличении размера П на порядок уменьшается на четыре и более порядков.

4. Новые количественные данные о структурно-кинетических и реологических характеристиках сверхпластичности стали 03Х26Н6Т в интервале температур 900-1000 °С вошли в базу реологических данных. и применены в разных расчетных моделях для анализа деформируемости и режимов СПД и СПФ.

б. Показано, что деформируемость листового материала при

испытаниях на ползучесть при одноосном растяжении и при СПФ круглой мембраны и прямоугольной коробки может быть теоретически рассчитана с помощью модернизированных компьютерных программ "tensile", "spform" и "box", основанных на методах инженерной теории пластичности с регламентированными геометрическими соотношениями для скоростей, деформаций и напряжений и изменяющейся структурнозависимой реологией.

Практическая значимость:

1. Усовершенствована методика компьютерного моделирования и расчета -режимов процессов С® листовых сверхпластичных материалов с помощью известного, построенного на методе конечных элементов, пакета прикладных программ "eplen-0", включающая возможность учета изменения структуры, начальную стадию формоизменения в момент потери устойчивости и изменение параметров от температуры. Пакет "splen-o" модернизирован с участием автора в коммерческий вариант для распространения в России и зарубеком.

2. Для ряда отечественных и зарубежных фирм выполнены расчеты технологических режимов и процессов СПФ конкретных деталей' гражданской продукции и проведено соответствующее технико-экономическое обоснование применения технологии СПФ.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на втором советско - китайском семинаре по_ теории и технологии кузнечцо - штамповочного производства, Пекин, 1991; на Всесоюзной научно - технической конференции "Сверхпластичность неорганических материалов", Уфа, 1992; на международных конференциях "Buperplastioity In Advanoed Materials", ICSAH-91 Оваоа, Japan, 1991 И ICSAM-94 Mosoow, Russia, 1994.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ и тезисов докладов.

Объем и структура работы: Диссертации состоит из введения, 5 глав, общих выводов, изложена на страницах машинописного текста, содержит рисунк^? таблиц, библиографический список из 107 наименований и приложения.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ в

В качестве материала для исследований выбрана феррито- аус-тенитная сталь 03Х26Н6Т, технология подготовки структуры которой включала горячую и холодную прокатку, стандартного листа с промежуточным отжигом при Т=750 °С. В результате получили микродуплексную ультрамелкозернистую структуру с размером фаз « I мкм.

Исследование структуры проводили методами световой микроскопии и количественного микроструктурного анализа на микроскопе "НЕйрнот-30". Микроструктурные исследования проводили на образцах с размерами 20x15x1,2 мм, вырезанных, из центральной часта осесимметричных оболочек, отформованных с режимом давления, рассчитанном по специально разработанной программе.

Для определения реологических характеристик при СЦЦ стали проводили высокотемпературные механические испытания на растяжение с релаксацией нагрузки на специализированной установке, созданной на базе испытательной машины 1231У-Ю.

При статистической обработке результатов экспериментов использовали модифицированное уравнение эволюции структуры Бэка, уравнение вязкой жидкости Бэкофена, дополненное степенным множителем обобщенного структурного параметра (модель ггу-среды) и уравнение СЦЦ о изменяющимися от температуры реологическими коэффициентами (модель ер-среды). При расчетах использовали библиотеку реологических программ, разработанную в лаборатории ДСПМ, для графической интерпретации - стандартные пакеты программ

- а -

"Grapher", "Piomaker" для персонального компьютера AT 386/387.

Расчеты технологических режимов для СПД при ползучести и СПФ оболочек проводили при помощи модели, описанной уравнением SP-среда с температурно-зависимыми реологическими коэффициентами и уравнением эволюции структуры (программы "tensile", "spform" и "box"); для -осесимметричных изделий использовали модель NV-среды о изменяющимися от структуры реологическими параметрами (пакет прикладных программ "spleh-O").

Экспериментальные исследования сверхпластической формовки листовых материалов проводили на лабораторной сверхпластической установке ГШ ДСПМ, образцами для которой служили заготовки диаметром 100 мм и толщиной 1,0-1,2 мм.

Экономический анализ технология СПФ при производстве товаров народного потребления был основан на расчете структуры себестоимости, приведенных затрат в валютных ценах. Использовали методику расчета экономической эффективности, разработанную на кафедре экономики и менеджмента МИСиС и ПЛ ДСПМ.

- СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ И РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СТАЖ Q3X26H6T ПРИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ НАГРЕВЕ И СГЩ

Феррито-аустенитная сталь 03X26H6I имеет микродуплексную структуру с соотношением а и 7 фаз, близким к Б0:50 при температурах 900-1000 °С. Частицы первоначально выделяющейся 7-фазы могут быть представлены в виде неравноосных эллипсоидов, размеры которых подчиняются логарифмически нормальному закону распределения Гаусса. Распределения фаз по размерам по трем направлениям, определяющим металлографическую текстуру (в направлении прокатки, в поперечном и высотном) одномодальны и характеризуются средними размерами L,, Ъ3- Исходя из равенства объемов эллипсоидов и шаров с размерами, равными средним значениям для

распределений в направлениях преимущественных ориентировок, предложено считать расчетную форму частиц 7-фазы близкой к сферической, а структуру - равноосной (рис. I). Предпосылками к подобной • идеализации являются выполненные ранее исследования к.т.н. Лобача А .'А., которые показали, что в процессе деформации происходит уменьшение внтяцутости частиц 7-фазы при относительно небольших степенях деформации и скоростях СПД. Причем, с увеличением времени выдержки перед СПД и скорости деформации при СПД увеличивается скорость сфероидизации.

Таким образом, обобщенный структурный параметр 0 для реконструированной структуры будет иметь вид:

3_

.0 = 1-3^= /Е^Ез-Ез ' •( Ут /(I- У7), (I)

где ■Ьзг~ средний размер зерна по трем преимущественным направлениям; Лу - коэффициент объемного 'соотношения фаз; -объем 7-фазы.

Для количественного описания изменений микроструктуры можно использовать уравнение для определения значения обобщенного структурного параметра:

а 1М

П = { По + В-ехрС-Оа/(Й.Т)Ь(\- 10) > ( 2 )

Соответственно для абсолютной величины скорости роста при изотермическом нагреве:

V Ш °° ехрГ 1 ( 3 )

а = ИГ = ТР^ "ИГ >

где По- начальный размер зерна ( Лмкм) в момент времени т ( Л,0.с); х - время изотермического нагрева перед СЦД; Т -температура нагрева, К; И = 8,31*Ю"3 кДж/(моль»К) - универсальная газовая постоянная; а,р = 3-5 - показатель степени роста

Рис.1. Схема стереологической модели приведения неравноосной структуры к равноосной.

структуры; кажущаяся энергия активации изменения структуры при нагреве и изотермическом отжиге; В, оо-постоянные параметры, не зависящие от температуры.

Описание первичных экспериментальных данных проводили кривыми, спектр которых с достаточно высокой точностью (5-7%) описывали уравнением (2). Полученные значения феноменологических коэффициентов изменения структуры при нагреве даны в табл.1.

Таблица I

Значения коэффициентов уравнения Бека для изотермического отжига сверхпластичной стали 03Х26Н6Т

t Л В а (1 т В 8

°с мкм (мкм/с)а а кДж/моль о с 2 мкм %

900-1000 0.3 5.5хЮ1,5 386.04 4.45 1.0 0.015 3.3

где Б - дисперсия аппроксимации; 8 - относительная ошибка (коэффициент ковариации).

Для описания структурных изменений прц СПД использовали результаты испытаний СПФ с постоянным напряжением по средней толщине оболочки. Этот режим обеспечивали регулированием давления формовки по специально рассчитанной программе "вРРоим".

Установлено,' что под действием сверхпластической деформации происходит интенсивный рос? микроструктур!. Обработка результатов, испытаний по формовке позволила определить изменение скорости эволюции структур! в зависимости от температуры и скорости СОД, что необходимо для анализа феноменологических закономерностей СПД и расчетов технологических режимов СПФ.

Для описания полученных экспериментальных данных в соответствии с полученными ранее результатами использовали дифференциальный закон относительной скорости роста обобщенного структурного параметра а, как функцию текущего значения (1 , интенсивности скоростей деформации СПД £ и термоайтивационных параметров в виде:

• <1 О Со (Г-Оп Л к

■ а. -ТГГ - ¡¡¡с,- < 4 >

где а, а, ъ - постоянные.параметры, не зависящие от температуры, Од- среднее значение кажущейся энергии активации структурной эволюции в интервале температур СПД.

Начальные условия для уравнения (4) вадаются из уравнения (2) для фиксированного времени нагрева Это позволяет связать расчет изменения структуры при изотермическом нагреве перед СПД

и структурою эволюцию при СПД в единый процесс.

Значения параметров уравнения (4) дана в табл. 2.

Таблица*2

Значения параметров уравнения эволюции структура

г °с Со мкмр/с «0 кдж-'моль р а ъ 0 с~2 в X

900-1000 1.23-108 386.05 3.45 3220 1.132 0.184 13.6

Влияние СГЩ на структурные изменения существенно выше влияния изотермического нагрева. При увеличении скорости деформации структура растет с неравномерной скоростью. Происходит взаимообратное влияние структурных характеристик и скорости деформации. Характерно, что в отличии от ранее полученных данных, при низких скоростях СЦД относительная скорость роста структурного параметра имеет участок, который можно интерпретировать йак некоторую пороговую начальную окорость роста (рио.2)'.

Высокотемпературные механические испытания на релаксацию нагрузки, проведенные при температурах 900, 950, и 1000 °С на образцах с исходной и отожженной структурой, позволили получить зависимости реологических характеристик СДЦ, С (о) при разил, температурах испытаний и соответствующие значения показателя скоростного--упрочнения га = о <{), которые были построены по первичным результатам испытаний совместно о к.т.н. А.А.Лобачем, и аппроксимированы разными реологическими уравнениями.

Уравнение вр-среда с термическими множителями Зенера-Холломона имеет вид:

яр п

г п • яр 0 *2т) 1"»

, «.- <«* [(о:Р.2;_ о) | . (»>

г-, ш вхрГЗ.(— - — >1 , ( 6 )

I- В I Тар

Рис.2.Изменение относительной скорости роста структуры от скорости деформации и времени нагрева перед СЦЦ.

где { - эквикогезивная скорость деформации, определяющая верхний предел скорости СЦЦ и положительную чувствительность напряжений течения о к увеличению структурного параметре (1;

яр ер ар

овч. оо , ов - соответственно эквикогезивное, пороговое напряжения и предел текучести для. оптимальной температуры СЦЦ -тет, К 5

значение кажущейся энергии ^активации течения при СЦЦ;

2Т -термический множитель.аналогичный коэффициенту Зенера-Холломона, позволяющий соотносить напряжения течения к значениям реологических параметров при оптимальной температуре СПД;

а,р,пт- реологические коэффициенты, независимые от структуры О, скорости СЦЦ £ и температур! Т внутри интервала СЦЦ.

Реологические коэффщиенты 8Р-ореды, рассчитанные по программе "БМЕЗТ" даны в таб.3. Экспериментальные и расчетные зависимости напряжения течения и показателя ш от скорости деформации и структурного параметра представлены на рис. 3.

Таблица 3.

Реологические коэффициенты 8Р-среды

t вр °с 0 . мкм вЧ с"1 МПа 0»р вч МПа О31, о МПа Кда- моль а Р »V 15, С"2 о, %

950 ' 1-9,1 1,05* ю-2 2,9 65,5 128,0 122,3 4,25х ЮТ3 1.34 1.85 1,3х 4.6

Уравнение описания реологических зависимостей сверхпластичности для нелинейно-вязкой жидкости Бэкофена со степенной зависимостью от структурного параметра использовали в виде:

о - ко- ехр Юд/Ш-Т)! . ( 7 )

где ко, ш — коэффициент пропорциональности 'и показатель скоростного упрочнения ; <5а- кажущаяся энергия активации течения при СПД; о - показатель структурного упрочнения.

Описание экспериментальных и расчетных данных в зависимости от скорости деформации с учетом влияния .температуры и структуры представлено на рио. 4. Значения реологических параметров Лу-среды для уравнения ( 7 ) даны в табл. 4.'

Таблица 4.

Значения реологических параметров Н»- среды

0. С. К О, т 0 в, в,

°с мкм с"1 с-тмкм КДЖ'МОЛЬ МПа2 %

900- 1-2 кг4- 1,84х 233,3 0,273 0,216 2,02 4,2

1000 10"1 Ю"7

10"" 10"" 10"' 10"" 10"' 10" Скорость деформации, с-'

Скорость Зсформлции, с1

Рис. 3. Изменение напряжения течения и показателя т от скорости деформации и структурного параметра.

Вию показано, что использование уравнения (7) для расчетов зависимости о « г (5Д.П) применимо, если в процессе СЦД имеет место небольшое азменение структурного параметра (рост в 1,5-2 раза). Если же структура изменяется более существенно, то целесообразнее для расчетов пользоваться уравнениями вр-среды (Б,6).

о

Рис.4. Экспериментальные и расчетные зависимости напряжений от скорости в температуры для уравнения лу-ореды.

Уравнения БР-среды и Нт-среды с достаточно высокой точностью для практических расчетов описывают реологические характеристики сверхпластичности для стали 03Х26Н6Т, при этом точность описания примерно одинакова (4-Б X).

Таким образом, полученные в работе новые количественные данные о структурных изменениях и реологических характеристиках сверхпластичности стали 03X26H6T могут быть использована для теоретических и инженерных расчетов процессов СПД на основе математического Моделирования и оптимизации технологических режимов листовой сверхпластической формовки.

расчеты показателей двюршруемости стали при сиз и спф

на основе математического и компьютерного моделирования

При разработке процессов сверхпластического деформирования компьютерное и математическое моделирование сверхпластического течения позволяет имитировать процесс, исследуя влияние реологического поведения материала, что существенным образом сокращает экспериментальные исследования, разработанные и реализованные методики, алгоритмы и программы "thbibb", "spfomi" и "box" позволяют в режиме интерактивной графлен и реального времени осуществлять наглядное имитационное моделирование процессов испытаний сверхпластичных материалов при различных схемах испытаний и режимах нагружения. При атом компьютер выполняет роль испытательной установки.

В работе понятие деформируемости использовано как совокупность деформационных, временных, температуршн, силовых и структурных характеристик материала при конкретной схеме формоизменения.

Для расчета деформируемости в процессе одаоосного растяжения при ползучести использовали расчетную модель послойного разорения по длина образца, для каждого объемного элемента которого соблюдается условие постоянства нагрузки я объема. При атом совокупность актов деформации отдельных элементов задается reo-

метрическими, структурными и реологическими характеристиками, распределение которых по длине в общем случае неравномерно. Система ограничений на разрушение по близости напряжений к пределу текучести о0 позволяют достаточно точно описать феноменологические закономерности ползучести, контролировать изменение основных характеристик напряженно-деформированного и структурного состояний (ЦЦСС) по длине образца во времени, определить зависимость удлинения до разрушения от величины нагрузки.

При моделировании процесса CI® круглой мембраны, было сделано допущение о пропорциональной зависимости утонения по контуру базмоментной сферической оболочки от длины ее образующей. Для режима постоянного среднего по толщине напряжения течения обеспечиваются условия деформации в полюсе купола со скоростью, близкой к постоянной. Это позволило с помощью специально разработанной программы "SPFORM'' рассчитывать. показатели деформируемости по высоте, утонению и закон оптимального регулирования давления газа в зависимости от температуры, структуры и времени СПФ. Показано (рио. 5.), что для напряжений выше аквикогезивного утонения превышают экспериментально определенные значения, что свидетельствует о том, что для условий пластической деформации предлагаемые допущения СПФ не работает.

Моделирование СПФ оболочка в виде прямоугольной коробки проводили для раочета показателей утонения стенок и закона регулирования давления во времени для постоянной скорости деформации в опасном сечении. Процесс разбивали по стадиям заполнения матрицы оболочкой в виде полного и усеченного вписанного сферического сегмента и оформления двойного и тройного углов. При атом формоизменение и характеристики НЦСС были жестко связаны с геометрией оболочки. Расчеты с помощью программы "BOX" показали,

Высота куполл . H/D

Рис. 5. Изменение относительной толщины в полюсе • сферической оболочки от ее относительной высоты

что влияние реологии и структуры, в основном, сказывается на времени деформирования и величине давления СПФ. Изменение структурного параметра при этом незначительно и не влияет на характер утонения стенок, зависящий, в основном, от размеров в плане и высоты оболочки.

Сравнение результатов расчетов о экспериментом показало достоверность использованных методик и широкие возможности программ "Tensile", "spforh" и "box" для численных исследований процесса деформируемости сверхпластичных материалов с известными реологическими и структурными характеристиками и о большим объ-

емом получаемой численной и графической информации.

Таким образом, показано, что математические модели СЦЦ и С® могут описываться системой уравнений инженерной теории пластичности с жестко определенными соотношениями скоростей, деформаций и напряжений от геометрических параметров очага деформации. При атом введение сложных реологических структурнозависимых функций скорости СПД от напряжений течения, структуры, температуры и времени деформирования, а также достаточно простых допущений для начальных 1} граничных условий позволяют получать близкие к реальным показатели деформируемости, на основе расчетов, что является важным для инженерной практики.

РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССОВ СВЕРХПЛАСТИЧЕСКОИ ФОГЫОВКИ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

При разработке технологических решений и расчете режимов СПФ приняли подход, обеспечивающий единство различных методов физики металлов, материаловедения, механики, технологии процессов ОВД, экономики и смежных инженерных дисциплин для решения всей совокупности вопросов, определяющих предметную область технологии ОВД в состоянии сверхпластичности. Концепция этого подхода оснот-вывается на комплексном анализе при выборе способа изготовления деталей, ^который определяется экономической целесообразностью и техническими возможностями конкретного производства.

Инженерная методика выбора технических решений и расчета технологических режимов при проектировании технологии СПФ основывалась на анализе следующих основных факторов: конструкции детали, схемы формовки, вида оборудования, конструкции инструмента, геометрии и формы заготовки, структуры полуфабриката и его свойств, температурно-скоростного режима деформирования, времен-

них характеристик нагрева и деформирования заготовки, режима давления при СПФ, характеристик НДСС и утонений, времени, производительности и технико-экономических показателей процесса.

Последовательность расчета включает определение обобщенного показателя структуры материала для выбранных температур и времени нагрева перед СПФ, расчет величин напряжений и оптимального температурно-скоростного режима С1Щ, расчет показателей деформируемости материала, проектирование формообразующего инструмента, моделирование формоизменения и расчет режима давления, анализ характеристик НДСС, геометрии и разнотолщинности отформованной оболочки, расчет и анализ технико-экономических показателей процесса СПФ.

При оптимизации температурно-скоростного режима СПФ исходили из условия максимума m = F (Е,П,Т) или предела m > 0.3, т.е. ориентировались на реологические свойства материала. .

Для расчетов формоизменения кроме описанных ранее инженерных моделей использовали метод конечных элементов в постановке А.Н.Скороходова и Е.Н.Чумаченко, реализованный в пакете прикладных программ "SPEEW-o". Модификация пакета и методики расчета позволила контролировать характеристики НДСС, анализировать формоизменение и рассчитывать режим регулирования давления формовки с учетом влияния изменения структуры и температуры.

На основе математического моделирования формоизменения материала с заданными реологическими и структурно-кинетическими характеристиками были рассчитаны технологические режимы процессов СШ из стали Q3X26H6T деталей мембрана и крышка чибрацонно-го насоса для финской компании ВТТ, корпуса самовара электрического для АОЗТ "ТектоС,мойки кухонной для АОЗТ Пермский машино-. строительный завод, а также для других сложнопрофильных деталей.

Выполненный с учетом инфляционных процессов .технико-экономический анализ новой технологии показал, что та сравнению 1990 г. структура себестоимости изменилась за счет существенного повышения доли стоимости металла, энергии, аренды и амортизации оборудования и производственных площадей при снижении более чем в три раза доли заработной платы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана стереологическая модель реконструкции для количественного анализа неравноосной мюфодуплексной структуры стали. Предложено рассматривать обобщенный структурный" параметр 0 как среднегеометрическое значение средних величин логарифмически нормальных распределений для трех.характерных направлений в листе по размерам 7-фазы, представленной в виде неравноосных эллипсоидов. Влияние объемного, содержания 7-фазы, определенного независимым точечным методом, учитывается соответствующим множителем.

2. Установлено, что изменение параметра О при нагреве и (ЯШ стали 03Х26Н6Т с неравноосной структурой подчиняется известным з феноменологическим закономерностям, полученным ранее для однофазных и двухфазных сплавов о равноосной структурой. Это позволяет с высокой точностью (3-555) описывать экспериментальные данные и теоретически рассчитывать параметры исходной и деформированной структуры.

3. На основании анализа экспериментальных данных при нагреве и СОД показано, что зависимость относительной скорости роста структуры (Ю/П/йх от скорости СПД и времени имеет немонотонный характер, близкий к пороговому при малых размерах 7-фазы. При увеличении размера С1 на порядок, скорость роста Л уменьшается на

четыре и более порядков.

4. Получены новые количественные данные о структурно-кинетических и реологических характеристиках сверхпластичности стали 03Х26Н6Т в интервале температур 900-1000 ° С. Их использование позволяет оптимизировать температуру, скорость и время сверхпластической деформации и производить расчеты с помощью различных математических моделей для анализа деформируемости и режимов СПД и СПФ при разных схемах формоизменения.

5. Показано, что деформируемость листового материала при испытаниях на ползучесть при одноосном растяжении и при СПФ круглой мембраны и прямоугольной коробки может быть теоретически рассчитана с помощью моделей, основанных на методах инженерной теории пластичности с регламентированными геометрическими соотношениями для скоростей, деформаций и напряжений при изменяющейся структурнозависимой реологии. Для реализации этих расчетов в режиме итерактивной графики разработаны и модернизированы компьютерные программы "TENSILE", "SPFORM" И "BOX".

6. Усовершенствована методика расчета режимов процессов СПФ оболочек с помощью основанного на методе конечных элементов пакета прикладных программ "SPLEN-O". Она включает возможность учета изменения структуры, начальной стадии формоизменения в момент потери устойчивости и изменение параметров в процессе расчета от температуры.

7. Примеры расчетов технологических режимов и процессов СПФ конкретных деталей гражданской продукции показали высокую эффективность предложенной в работе инженерной методики проектирования технологии СПФ, начиная от структуры металла и кончая техни7 ко-экономическим обоснованием выбранного варианта.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Райков D.H., Цепин М.А., Воробьев А.Г., Перепелицына Л.И. Оценка эффективности использования технологии на базе сверхпластичности в кузнечно-штамповочном производстве //Сборник статей второго китайско-советского семинара по теории и технологии кузнечно-штамповочного производства. Пекин, ноябрь, 1990.-с.74-78.

2. Raikov Y.N., Vorobjov A.G., Perepelitoina L.I. Eoonomio aspeots of euperplaetio forming (SPD) // Proo. Int. Conf. ICSAM-91 "Superplaetioity of Advanoed Material".-Osaoa, Japan: 1991, p. 731.

3. Ершов A.H., Цепин M.A., Перепелицына Л.И. Комплексный анализ эффективности разработки технологических решений СПФ // Тезисы докладов пятой конференции "Сверхпластичность неорганических материалов". Уфа, 1992.- C.II0.

4. Цепин М.А., Фуад М., Воробьев А.Г., Райков Ю.Н., Гершон Б.С., Перепелицына Л.И. Оценка эффективности использования технологии сверхпластической формовки // "Цветные металлы", N 6, 1992, с.4.

5. Воробьев А.Г., Цепин М.А., Перепелицына Л.И.,. Алексахин А.В. Оценка эффективности технологии сверхпластичности при изготовлении тарелки на Кировском заводе ОЦМ. //"Цветные металлы", N 10, 1993, с.7.

G. Poliakov S.M., Perepelitsina L.I., Vorobjov A.G., Tsepin M.A. Teohnologioal and eoonomioal aspects of the oommeroial application superplastio forming technology for brass-goods // Proo. Int. Conf. IOSAM-94 "Superplaetioity of Advanoed Material'^.- Trans Teoh Publications Ltd, Switzerland, 1994, p. 763-768.

,Y/ry У//* /¿¿>з хУ /<М