автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка теоретических основ, технологии и оборудования для повышения пластических свойств малопластичных заэвтектических силуминов методом поперечно-винтовой прокатки

На правах рукописи УДК 669.775.611

□030ВВ08Э

ПАНОВ Евгений Иванович

РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ, ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАЛОПЛАСТИЧНЫХ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ МЕТОДОМ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.03.05 - Технологии и машины

обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2006

003068089

Работа выполнена во Всероссийском институте легких сплавов (ОАО "ВИЛС")

Официальные оппоненты:

д.т.н., профессор

Колесников Александр Григорьевич

д.т.н., профессор ^^

Рытиков Александр Михайлович

Шелест Анатолий Ефимович

Ведущая организация_АХК «ВНИИМЕТМАШ»

Защита состоится

часов на заседании

диссертационного совета Д 212.141.04 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направить по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Телефон для справок (495) 267-09-63

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Подписано к печати Объем 2,0 п.л.

.10.2006 г.

Заказ № Ч 6>Ъ Тираж 100 экз.

Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Современное развитие техники все больше требует широкого применения специальных сплавов на основе железа, титана и алюминия. Эти сплавы обладают высокими удельными механическими свойствами, но, как правило, являются трудно-деформируемыми материалами, обладают низкой пластичностью, особенно на первых стадиях обработки давлением. Некоторые из этих сплавов, например, заэвтек-тические силумины с содержанием кремния 17-23%, считались до последнего времени не способными к пластическому деформированию. Поэтому изыскание путей и методов существенного улучшения структуры и повышения пластических свойств труднодеформируемых сплавов на основе алюминия было и есть актуальной и приоритетной задачей расширения среды применения этих сплавов в авиационной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.

Работами отечественных ученых Целикова А.И., Полухина П.И., Тетерина П.К., Осадчего В.Я., Потапова И.Н., Романцева Б.А., Галкина С.П., Никулина А.Н. и др. показано, что поперечно-винтовая прокатка оказывает существенное положительное влияние на структурообразование металлов и изменение пластических и механических свойств металлов.

Поэтому настоящая диссертация, посвященная дальнейшему исследованию напряженно-деформированного состояния сплошных заготовок при поперечно-винтовой прокатке с применением трехмерного конечно-элементного моделирования этого процесса, разработке оборудования и технологии производства прутков, труб и других изделий из труднодеформируемых сплавов (заэвтектических сплавов) имеет важное научное и практическое значение и является актуальной.

Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы является развитие теоретических, научно-технологических основ и исследование принципиальной возможности и особенностей пластического деформирования малопластичных ((5 = 3%) и, поэтому труднодеформируемых, заэвтектических силуминов с содержанием кремния 57 > М-- 23 %, достижение многократного повышения их пластических свойств методами ОМД (без изменения химсостава) и возможности изготовления из них изделий и деталей различных форм и конфигураций широкого назначения всеми известными способами ОМД для расширения сферы их применения в отраслях промышленности (авто- и авиапром, нефте- и газодобыча и т.д.) с эффективным использованием их уникальных физико-механических и эксплуатационных свойств.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи.

1. Исследование и анализ технологических процессов ОМД, схем напряженно-деформированного состояния и выбора из всех способов ОМД в качестве базового — способа поперечно-винтовой прокатки (ПВП), отличающегося наиболее сложной схемой напряженно-деформированного состояния, многоцикличностью воздействия рабочих инструментов на исходную структуру заэвтектических силуминов.

2. Исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) сплошной (круглой) заготовки при различных схемах ПВП с применением трехмерного конечно-элементного моделирования для оценки роли и воздействия основных технологических параметров ПВП на изменение НДС, на получаемую структуру и пластические свойства заэвтектических силуминов.

3. Создание необходимого оборудования - универсального стана ПВП, позволяющего работать в широком диапазоне варьирования технологическими парамет-

рами и возможностями, с реализацией возможности работать с различными схемами ПВП и с широким спектром выпускаемой продукции.

4. Выполнение комплекса исследований по изучению реологических свойств, микроструктуры и фазового состава заэвтектических силуминов, определение зависимостей этих характеристик от температурно-скоростных и других параметров процесса ПВП.

5. Научное обоснование технологического процесса поперечно-винтовой прокатки сплошных полуфабрикатов заэвтектических силуминов и определение его параметров для получения гарантированной измельченной структуры, в т.ч. кристаллов кремния, и повышенными (в сравнении со свойствами слитков) пластическими свойствами.

6. Разработка технологии процесса прошивки гильз (труб) из заэвтектических силуминов с высокими показателями геометрии и качества поверхности.

7. Выполнение комплекса исследований по изучению кинематики пластичного послойного течения металла при ПВП сплошной заготовки заэвтектических силуминов, изучение влияния технологических параметров на механизм структурооб-разования и пластические свойства прокатываемого металла.

Научная новизна полученных результатов.

1. Впервые реализовано (без изменения химсостава) методом поперечно-винтовой прокатки многократное повышение пластичности заэвтектических силуминов с содержанием кремния 17-23% (повышение относительного удлинения <5 с 3% (в слитках) до 11,4% (в катаных прутках)) без снижения их прочностных показателей и, как следствие этого, превращение этого семейства, по сути литейных сплавов, в пластически деформируемые и другими способами ОМД (ковка, штамповка, прошивка и др.), применение которых для деформирования до недавнего времени было невозможно.

2. Впервые выполнено трехмерное конечно-элементное моделирование процесса холодной и горячей поперечно-винтовой прокатки (ПВП) сплошной круглой заготовки различных металлов и сплавов, выполнен сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния металла при его деформировании с различными схемами ПВП (двух-, трех- и четырехвалковые).

Получены картины распределения и величины всех видов напряжений (радиальных, осевых, окружных) по сечениям, а также распределение растягивающих и сжимающих напряжений по зонам их действия.

Изучены зависимости величин всех видов напряжений от применяемых схем ПВП, от видов и величин внешне прилагаемых к заготовке усилий подпора и натяжения, от различных технологических параметров процесса ПВП (угол подачи, степень деформации, передаточное число г и др.).

3. Установлено, что двухвалковая схема ПВП является наиболее опасной с точки зрения вскрытия осевой центральной полости прокатываемой заготовки в сравнении с другими схемами (трех- и четырехвалковой) в связи с наличием одновременного воздействия следующих факторов:

- значительного превышения (в 2,5-3 раза) максимальных растягивающих нормальных напряжений (особенно радиальных) в центральной зоне заготовки в сравнении с другими схемами;

- сосредоточения строго по оси заготовки (осевая зона) максимальных растягивающих нормальных напряжений;

- одновременного воздействия (совместно с нормальными) на осевую центральную полость (зону) заготовки и касательных напряжений (в отличие от других схем ПВП).

Фактически полученными результатами установлено, что при двухвалковой схеме ПВП металл в осевой зоне находится в состоянии всестороннего растяжения, а разрушение осевой зоны заготовки при двухвалковой схеме носит двойственный характер: как путем отрыва (действие нормальных растягивающих напряжений), так и путем среза (действие касательных напряжений).

4. Установлено, что трехвалковая схема ПВП, благодаря приближению к схеме всестороннего сжатия (большее число рабочих валков при трехвалковой схеме ПВП приближает контур деформации к более полной степени замкнутости) создает благоприятные условия для резкого снижения растягивающих и преобладающее воздействие сжимающих напряжений, что, в свою очередь, приводит к возрастанию пластических свойств заэвтектических силуминов при ПВП.

5. Выполнен сравнительный анализ и установлены принципиальные различия механизмов структурообразования и дробления кристаллов кремния в заэвтектических силуминах при различных способах ОМД (прессование и ПВП), а также определены основные факторы, влияющие на повышение пластических свойств заэвтектических силуминов при деформировании их способом ПВП.

Установлено, что при ПВП, в отличие от прессования, интенсивное дробление кристаллов кремния и получение мелкозернистой структуры происходит при одновременном воздействии знакопеременных действующих видов напряжений и многоцикличного характера деформирования заэвтектических силуминов.

Разработана аналитическая зависимость для определения усредненных минимальных размеров кристаллов кремния (частиц дробления) от основных технологических параметров ПВП (угол подачи, степень деформации, число циклов воздействия рабочих валков на заготовку.

Минимальные размеры кристаллов кремния (А - 15-5-10 мкм) достигаются при е>32%, и = 9°. ё = 0.3^0.5 с"1, с применением трехвалковой схемы ПВП.

6. Установлены основные закономерности пластического послойного течения металла при поперечно-винтовой прокатке в условиях трехосного напряженного состояния, разработана математическая модель кинематики послойного перемещения металла в прокатываемой заготовке.

7. Разработана математическая модель зависимости пластических свойств ((5 %) заэвтектических силуминов от основных технологических параметров ПВП (а, е) и размеров кристаллов кремния (А) при деформировании заготовки способом ПВП.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальное апробирование выбранных решений в производственных и лабораторных условиях.

В настоящей работе были использованы: метод конечных элементов и компьютерного моделирования, метод сравнительного анализа, метод математического планирования и статистической обработки результатов экспериментов при изучении напряженно-деформированного состояния.

При подготовке слитков заэвтектических силуминов для прокатки был использован метод ультразвуковой обработки. При изучении микроструктуры, фазового состава, морфологии и размера частиц различных фаз, изучения субструктуры были использованы: рентгеновский метод, метод сканирования, метод дифракто.мет-рических измерений, микрорентгеноспектралытый метод.

При исследовании кинематики послойного перемещения металла при ПВП заэв-тектических силуминов и разработки математической модели использовались штифтовой метод, метод итерационных приближений, метод экстраполяции экспериментальных кривых.

Экспериментальные исследования (прокатка, прошивка) проводились на универсальном стане ПВП 20-60 цеха № 5 ЗЛС ВИЛСа, ОПУ ВИЛСа. лабораторном оборудовании (пластометр) МИСиСа.

Практическая ценность и реализация работы.

1. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований впервые разработана новая технология пластического деформирования малопластичных заэвтектических силуминовых сплавов типа 01390, 01391, 01392 с содержанием кремния 17-23 % способом поперечно-винтовой прокатки (трехвалко-

вая схема ПВП), благодаря этой технологии сплавы приобрели свойства пластически деформируемых.

2. Впервые осуществлена ПВП заэвтектических силуминовых сплавов на стане ПВП 20-60 и определен узкий диапазон основных технологических параметров ПВП (угол подачи а=9°, температура нагрева заготовки Т°С = 470-480°С, степень деформации £> 32-49 %, скорость деформации ё = 0.3 ^ 0,5 с"1, схема ПВП - трехвалко-вая), обеспечивающий получение полуфабрикатов (прутков) с наперед заданной мелкозернистой структурой по всему объему заготовки, в т.ч. с дроблением кристаллов кремния до размеров 10-15 мкм и с многократными повышенными пластическими свойствами (в 3-4 раза в сравнении со свойствами исходных слитков).

3. Разработана технология и впервые осуществлена прошивка гильз (труб) различных типоразмеров 0 80^75x15 мм, 0 70x7 мм и 0 75x5 мм методом ПВП (трех-валковая схема) из полуфабрикатов (прутков) с повышенными пластическими свойствами, с высокими показателями по разностенности (не более 1 % по толщине стенки труб), и с высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах (газо- и нефтедобыча).

4. Из полуфабрикатов (прутков и труб), полученных способом ПВП (пп. 2 и 3) и обладающих вновь приобретенными повышенными пластическими свойствами, на оборудовании МГТУ «Станкин» отработана технология изготовления деталей типа «чашка», «диски» сложной конфигурации для автомобилей ВАЗ 32118 методом ковки и изотермической штамповки.

5. Из полуфабрикатов с повышенными пластическими свойствами и мелкозернистой структурой, полученных способом ПВП, возможно изготовление износостойких (при повышенных температурах эксплуатации) поршневых пар для двигателей (авиа- и автомобилестроение) методом изотермической штамповки, а также изготовление многих других изделий и деталей практически всеми известными способами ОМД (ковка, штамповка, прессование, прокатка, прошивка и т.п.).

6. Результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований и направленных на повышение пластических и других свойств заэвтектических силуминовых сплавов использованы в учебном пособии для студентов и научно-технических работников («Справочник по конструкционным материалам» Справочник / Ь7а; АЬзамасов. ОГ Соловьева. СА. 1 срасимов и дог: 11од ред. Ь'.Л. АЬзамасова.,

Т.В. Соловьевой. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 640 е.: ил.) в разделе «Материалы с особыми свойствами».

7. Автором настоящей работы разработаны конструктивные основы, а КБ станов косой прокатки ЭЗТМ выполнен рабочий проект, изготовлен в металле и ну-

щен в эксплуатацию (ВИЛС) универсальный стан поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60, имеющий в своем составе одну универсальную рабочую клеть, позволяющую поочередно работать с разными схемами прокатки (двух-, трехвалковую), выполнять полный технологический цикл (прокатка прутков, прошивка гильз, раскатка гильз в трубы, калибровка по диаметру или толщине стенки), производить гладкие изделия и изделия с периодическим профилем и т.д.

Апробация работы. По содержанию диссертационной работы был сделан ряд докладов на научно-технических конференциях различного уровня, в том числе на:

Пятом конгрессе прокатчиков, г. Череповец, 21-24 октября 2003 г.; Второй Международной научно-технической конференции «Технологические процессы в металлургии», г. Рива дель Карда (Италия), 19-21 сентября 2004 г.; Всероссийской научно-технической конференции «Непрерывные процессы обработки давлением», посвященной 100-летшо со дня рождения акад. А. И. Целикова, г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 14-15 апреля 2004 г.; Международной научно-технической конференции «Теория и технология процессов пластической деформации-2004», г. Москва, МИ-СиС, 26-27 октября 2004 г.; Научно-технической конференции «Технологические процессы в машино- и приборостроении», г. Москва, МГАПИ, декабрь 2004 г.; Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов», посвященной 90-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР B.C. Смирнова, г. С.-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет, 20-22 сентября 2005 г.; Шестом конгрессе прокатчиков, г. Липецк, ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат», ноябрь 2005 г.; Ученом совете ВИЛСа, май 2002 г. и сентябрь 2006 г.; Научном семинаре кафедры МТ-10 «Оборудование и технология прокатки», МГТУ им. Баумана, ноябрь 2001 г. и июнь 2006 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано: результаты исследований в учебном пособии «Справочник по конструкционным материалам» -1; статей в центральных и зарубежных научных рецензируемых изданиях и сборниках, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в РФ, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора наук» - 32; статей в различных межвузовских и внутривузовских сборниках научно-технических трудов - 10; авторских свидетельств на изобретение и патентов — 5.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов по работе, списка использованных источников из 207 наименований, включает 309 страниц машинописного основного текста, содержит 131 рисунков и фотографий, 59 таблиц. Общий объем работы 329 страниц.

Основное содержание работы.

Во введении даны основные пути и научные направления одновременного приобретения различными металлами и сплавами свойств удельной прочности и высокой пластичности, коррозионной стойкости, в том числе: разработка новых композиционных материалов; введение в сплавы элементов в виде вторичных дисперсных выделений (например, Sc - скандия), упрочнение сплавов борволокнами и волокнами карбидов кремния: создание полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон; создание биметаллов, триметаллов и слоистых конструкционных материалов; применение химической и химико-термической обработки сплавов; изыскание новых технологических процессов ОМД.

В настоящей работе кардинальное повышение пластических и некоторое повышение прочностных свойств заэвтектических силуминовых сплавов (при сохранении особых физико-механических их свойств) достигается изысканием новых технологических процессов ОМД, ранее не применяемых для обработки этих сплавов.

ГЛАВА 1. Анализ свойств заэвтектических силуминов, потенциальные возможности их применения и существующие ограничения

В первой главе дается общая характеристика и классификация всех известных алюминиевых сплавов, которые характеризуются высокой удельной прочностью, хорошей способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, большинство из них имеют прекрасные технологические способности, обрабатываются многими способами ОМД, свариваются, хорошо обрабатываются резанием.

Наилучшими литейными свойствами обладают сплавы А! — Si (силумины). В двойных сплавах Al - Si эвтектика состоит из твердого раствора и кристаллов практически чистого кремния. В легированных силуминах (АК9ч) помимо двойной эвтектики имеются тройные и более сложные эвтектики. В двойных силуминах с увеличением содержания кремния доэвтектического состава снижается пластичность и повышается прочность.

Появление в структуре сплавов крупных кристаллов первичного кремния вызывает снижение и прочности, и пластичности.

В последнее время пристальное внимание привлекают сплавы системы А! - Si с концентрацией кремния значительно выше эвтектической. Эти сплавы называются заэвтекгаческими, они содержат 17-25 % Si и ряд других легирующих элементов (Си, Ni, 77 и др.).

Заэвтектические силуминовые сплавы можно рассматривать как естественные композиционные материалы, имеющие двухфазную структуру, состоящу ю из пластической эвтектической матрицы и хрупких первичных кристаллов кремния размером <150 мкм, а также кристаллов алюминида железа, титана и циркония.

Заэвтектические силумины обладают всеми привлекательными свойствами алюминиевых сплавов - малой плотностью при удовлетворительной прочности и высокой коррозионной стойкостью, особенно в среде сероводородов и при испытаниях на питинговую и общую коррозию в атмосфере, а также на коррозионное растрескивание.

Исследования паспортных характеристик заэвтектических силуминов спл. 01390, 01391, 01392 показали, что эти сплавы не теряют своих прочностных и пластических свойств при пониженных (до - 70°С) и даже, вплоть до криогенных, температурах, что очень важно при эксплуатации, например, труб (если бы стало возможно их изготовление методом ОМД) в условиях Крайнего Севера. Заэвтектические силумины немагнитны, хорошо склеиваются и свариваются методами ар-гонно-дуговой и точечной сварки.

Структура заэвтектических силуминов с дисперсными включениями первичных кристаллов кремния может обеспечить прекрасную работу на износ, причем, экспериментально установлено, что износостойкость обратно пропорциональна размерам кристаллов кремния.

До недавнего времени изделия из заэвтектических силуминов получали только методами фасонного литья или жидкой штамповки, например, производство поршней двигателей внутреннего сгорания, так как они имеют крайне низкую пластичность вследствие формирования крупных кристаллов первичного кремния, распределенных в матричной структуре сплавов.

Повышенное содержание кремния выше эвтектической точки снижает возможности деформирования, а содержание 5/ свыше 16-17 % препятствует деформированию этих сплавов любым из способов ОМД.

Известна технология измельчения (модифицирования) избыточных (первичных) кристаллов кремния на стадии литья до размеров, позволяющих повысить пластичность металла слитков за счет введения в шихту небольших добавок фосфора <0,1 %.

При этом удалось уменьшить размеры первичных кристаллов кремния до 100 мкм и менее, что позволило получить слитки из заэвтектических силуминов с некоторым увеличением пластичности (относительное удлинение 5 <2 %). Однако, такая пластичность заэвтектических силуминов недостаточна даже для того, чтобы получить методом непрерывного литья слиток без трещин.

Для устранения этого явления в ВИЛСе была разработана комплексная модифицирующая обработка потока расплава, включающая введение модификатора лигатурой А1-Ре-Р или Си- Р с одновременной ультразвуковой обработкой потока расплава, поступающего в кристаллизатор непрерывного литья. При этом достигнуто измельчение кристаллов кремния до средних размеров 60-50 мкм, а иногда до 40 мкм, повышение пластичности металла слитка (до <5 < 3 %), обеспечено получение слитков без трещин и даже деформирование их методом прессования.

Тем не менее кардинального измельчения кристаллов кремния при прессовании не происходит и, как следствие этого, рост пластических свойств у прессованных изделий практически отсутствует.

Поэтому необходима более усложненная схема пластического деформирования, которая бы, во-первых, как в случае с прессованием, обеспечивала бы деформирование силуминов по схеме, близкой к схеме всестороннего сжатия, а, во-вторых, обеспечила бы многоцикличность характера прилагаемых к слитку деформирующих усилий с многократным нагружением в очаге деформации и одновременным нарастанием степени деформации по длине очага деформации.

Одновременное сочетание подобных факторов при деформировании заэвтектических силуминовых сплавов должно создать эффект «размалывания» кристаллов кремния и структуры в целом.

Выполнен анализ всех известных методов и способов обработки металлов давлением (ОМД - прессование, волочение, ковка, штамповка, прокатка), который показал, что только поперечно-винтовая прокатка (ПВП) - наиболее близко отвечает всем перечисленным требованиям при деформировании этим способом слитков заэвтектических силуминов.

Задача состоит в том, чтобы носителями всех указанных выше особых специфических физико-механических свойств заэвтектических силуминов были не слитки, а вместо них полуфабрикаты с высокими пластическими и прочностными свойствами, приобретенными благодаря предлагаемой новой технологии, а затем и различные изделия, изготовленные из этих полуфабрикатов с повышенными пластическими свойствами другими способами ОМД (штамповка, ковка, прошивка, прессование и др.).

Иными словами, главная задача состоит в том, чтобы, с целью более широкого внедрения в различные отрасли промышленности изделий из малопластичных труднообрабатываемых заэвтектических силуминовых сплавов, изыскать пути и методы кардинального повышения пластических их свойств с помощью поперечно-винтовой прокатки (ПВП).

Все исследования, направленные на достижение поставленной цели, проводились на универсальном станс поперечно-винтовой прокатки 11ВП 20-60. конструктивные основы и принципы универсальности разработаны автором работы, а реализованы в металле КБ станов косой прокатки ЭЗТМ ГЛАВА 1. Разработка и созданне универсально! о стана поперечно-винтовой

прокатки ПВП 20-60

Широко применяемые станы поперечно-винтовой прокатки (как прошивные, так и раскатные) в черной и цветной металлургии конструктивно исполнялись всегда гик им образом, что каждый из них (рабочая клеть) могли работать только по одной из двух известных схем прокатки: двух- или трехвалковой. Каждый из станов ПВО при '5Г0м выполнял только одну операцию (прошивка, раскатка, калибровка).

При выполнении эскизно-технического проекта универсального стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60. автором настоящей работы были заложены следующие признаки его универсальности:

- возможность поочередной работы стана с различными схемами прокатки (двух-, трех- и четырех валко вые), которая реализована благодаря разработке оригинальной конструкции универсальной рабочей клети. выполненной в трех вариантах (рис, I). Каждый вариант конструкции защищен авторскими свидетельствами на изобретения;

- возможность реализации принципа законченности полного технологического процесса для производства полых изделий (гильз, труб), включающего в себя следующие операции: прокатку сплошных заготовок (прутков): прошивку прутков в гильзы, используя при этом двух- или трехвалковую схемы: раскатку гильз в трубы; калибровку труб как но наружному диаметру, так и по толщине труб;

- возможность производства как гладких (сплошных и полых), так и изделий периодического профиля (прутки и трубы), как по внешнему, так и внутреннему диаметру;

- возможность работы универсального стана ПВ1 [ 20-60 с различными типами рабочих валков: бочкообразных, дисковых и грибовидных для выполнит различных операций, благодаря конструктивному единообразию кассетного исполнения подушек всех видов рабочих валков:

Et

Вариант И

Рис. 1 Универсальная рабочая клеть стана

IШП 20-60. Вариант I: а) 3-х валковая; б) 2-х валковая: Вариант II: а) 3-х валковая; б) 4-х валковая:

в) 2-х валковая: Вариант Ш: а) 3-х валковая: б) 2-х валковая

ei

Вариант 1

Варна! гт !Н

- возможность изготовления на универсальном стане ПВП 20-60 большой номенклатуры изделий широкого диапазона назначения, т.н. изделий машиностроительного назначения (штифтов и втулок, изделий с винтовой и резьбовой поверхностью, червячных пар, шаров и шарикоподшипников, ребристых труб и т.п.).

Эта возможность реализуется, благодаря поочередному применению двух- и трехвалковой схем ПВП и рабочим валкам со специальной калибровкой для каждого типа изделий в отдельности.

Разработаны конструкции основных технологических механизмов и узлов линии стана ПВП 20-60, позволяющие работать стану в различных режимах:

- в режиме прокатки сплошных тел вращения;

- в режиме прошивки сплошных тел в гильзы;

- в режиме раскатки предварительно прошитых гильз в трубы;

- в режиме прокатки изделий периодического профиля с изменением диаметра (наружного и внутреннего для полых тел) по длине изделий;

- в режиме редуцирования или калибровки.

Для сокращения времени на переналадку от одной на другие схемы прокатки предложена кассетная конструкция крепления рабочего валка, которая одновременно служит и гидроцилиндром. Таким образом обеспечивается сведение и разведение рабочих валков в процессе прокатки для производства изделий периодического профиля согласно заданной программе.

Помимо вышеизложенного, выполнен анализ созданных ВНИИМЕТМАШем в 1960-80 гг. специальных станов поперечно-винтовой прокатки, предназначенных для изготовления изделий машиностроительного назначения широкой номенклатуры (штифтов, втулок, изделий с винтовой и резьбовой поверхностью, червячных пар, шаров и шарикоподшипников).

В работе рассмотрены технологические, технические и конструктивные особенности каждого из технологических процессов производства указанных видов продукции. Ранее для изготовления каждого вида продукции создавался отдельный специальный стан поперечно-винтовой прокатки, работающий только по одной схеме прокатки: или двухвалковой, или трехвалковой, в зависимости от своего назначения.

По результатам исследования и сопоставительного анализа сделаны следующие выводы:

- конструкция универсальной клети стана ПВП 20-60 способна (помимо технологических возможностей, указанных выше) обеспечить реализацию технологических процессов по изготовлению большинства изделий специального машиностроительного назначения с использованием обеих схем прокатки (двух- или трехвалковой) при условии наличия специальных профилированных рабочих валков для каждого техпроцесса:

- размеры инструментов (диаметр рабочих валков, длина бочки валков), частота вращения рабочих валков, углы подачи и раскатки, используемых при изготовлении изделий специального машиностроительного назначения не превышают паспортных технологических возможностей, заложенных в универсальную рабочую клеть стана ПВП 20-60;

- энергосиловые параметры (мощности прокатки, крутящие моменты, усилия на рабочие валки) при прокатке изделий специального машиностроительного назначения значительно ниже паспортных данных универсального стана ПВП 20-60, что говорит о конструкторской, технической и технологической возможностях ра-

бочей клети стана ПВП 20-60 выполнять указанные виды прокаток с поочередным использованием различных схем обработки (двух- и трехвалковой). ГЛАВА 3. Исследование напряженно-деформированного состояния сплошной заготовки при поперечно-винтовой прокатке

Решение главной задачи настоящей работы - многократное повышение пластических свойств малопластичных, труднодеформируемых заэвтектических силу-миновых сплавов способом ПВП - невозможно без дополнительного, более глубокого изучения напряженно-деформированного состояния сплошной заготовки, обрабатываемой с использованием различных схем ПВП (двух-, трех- и четырехвал-ковые), изучения их особенностей и различий, и выбора из этих схем ПВП наиболее оптимальной, для достижения необходимых результатов.

Для этого, впервые было выполнено трехмерное конечно-элементное моделирование процесса поперечно-винтовой прокатки сплошной заготовки с использованием метода конечных элементов (МКЭ), современных информационных технологий, вычислительных ресурсов персональных компьютеров (ПК) и конечно-элементного пакета анализа А^УБ, используемого в научно-исследовательских работах и учебном процессе на кафедре «Оборудование и технология прокатки» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В качестве прообраза (прототипа) для трехмерного конечно-элементного моделирования процесса ПВП была использована универсальная рабочая клеть стана ПВП 20-60, способная поочередно работать с различными схемами ПВП (двух-, трех- и четырехвалковые) при одинаковых технологических и конструктивных условиях.

Целью исследования является сопоставительный анализ напряженно-деформиро-ванного состояния сплошной заготовки и энергетических параметров процесса ПВП для различных схем прокатки (двух-, трех- и четырехвалковые).

При этом было выполнено:

- моделирование холодной ПВП сплошной цилиндрической заготовки (в качестве эталонного материала - медь МО, по своим свойствам занимающего промежуточное положение между цветными и черными металлами (двух-, трех- и четырехвалковые схемы ПВП);

- моделирование процесса горячей ПВП сплошных заготовок из различных цветных и черных металлов (АД31, медь МО, Ст.20), применяемые схемы ПВП (двух- и трехвалковые схемы ПВП);

- моделирование процесса горячей ПВП сплошной заготовки из заэвтектиче-ского силумина спл. 01390 (трехвалковая схема ПВП).

Решение задачи пластического деформирования физического тела, находящегося под внешними силовыми нагрузками (или деформациями) основано на совместном решении уравнений равновесия, несжимаемости материала и условий пластичности при учете соответствующих граничных условий.

Условие пластического перехода может быть представлено в виде поверхности эллипсоида, главные оси которого увеличиваются в результате упрочнения материала.

Моделирование процесса холодной ПВП.

Холодная поперечно-винтовая прокатка сплошной цилиндрической заготовки моделировалась с начального диаметра Б = 120 мм на конечный диаметр с1 = 90 мм при двух- и трехвалковой схемах прокатки для следующих случаев (вариантов):

1. Прокатка с задним подпором. Сила подпора в соответствии с технической характеристикой стана ПВП 20-60 была принята Ть - 120 кН.

2. Прокатка с передним натяжением. Сила натяжения в соответствии с характеристикой стана - 7} = 80 кН.

3. Прокатка одновременно с подпором Ть = 120 кН и натяжением 7} = 80 кН.

Материал заготовки - медь МО. Механические характеристики материала: предел текучести ат = 120 МПа, модуль упругости 1-го рода Е = 1(? МПа. коэффициент Пуассона у = 0,31, плотностьр= 8100 кг/м3.

При рассмотрении пластической деформации принята билинейная изотропная характеристика упрочнения материала заготовки.

Модуль упрочнения принят £,, = 50 МПа, а коэффициент трения в контакте «заготовка-валок» принят равным /л = 0,2. Прокатка ведется в валках с безгребневой калибровкой, устанавливаемых без тангенциального смещения. Угол раскатки в расчетах был принят равным 0°, угол подачи - 6°, 9° и 12°.

Осевое перемещение заготовки обеспечивалось приложением сил трения в контакте и сил с ее торцов, при этом рассматривались варианты перемещения заготовки посредством «подпора», «натяжения» и комбинированного воздействия, а также при их отсутствии.

Основные допущения. Моделирование процесса поперечно-винтовой прокатки проводились в среде конечно-элементного пакета АИБУБ 5.6.2 со следующими допущениями:

- разогрев деформируемого материала и рабочих валков не рассматривается (изотермические условия деформации);

- прокатка считается холодной (температура металла ниже температуры рекристаллизации) и принимается, что сопротивление деформации не зависит от скорости деформации;

- принимается, что трение по всей поверхности контакта с рабочими валками подчиняется закону сухого трения Кулона, причем коэффициент трения постоянен по всей контактной поверхности;

- рабочие валки прокатного стана рассматриваются как абсолютно жесткие тела;

- для обеспечения гарантированного захвата заготовки рабочими валками передняя ее (заготовки) часть выполнена конической.

Конечно-элементные модели процессов и граничные условия, принятые в расчете.

Для создания условий деформирования было введено математическое описание конфигураций прокатываемой заготовки и деформирующего инструмента — валков, как для двух-, так и для трехвалковой схемы, а также взаимное их расположение, обеспечивающее радиальную деформацию.

Модель заготовки формируется из трехмерных твердотельных гексаэдриче-ских элементов с упруго-пластическими свойствами. Прокатные рабочие валки моделируются абсолютно жесткими оболоченными элементами, расположенными на наружных поверхностях валков, контактирующих с прокатываемым металлом. Общее число конечных элементов в трехвалковой модели — 3456, число узлов — 3953. Двухвалковая модель состоит, соответственно, из 3096 элементов и 3563 узлов (рис. 2).

Независимой переменной в модели является время, изменяющееся в процессе решения от 0 до £ с некоторым малым шагом интегрирования Л .

а) 6)

Рис. 2 Исходные конечно-элементные модели процесса поперечно-винтовой прокатки в двух (а) и трех (б) валках

Усилия подпори Ть и натяжения 7} прикладываются в я ид с распределенной нагрузки к узлам конечно-элементной сетки, расположенным на поверхностях заднего и переднего торнов заготовки соответственно.

Расчеты выполнялись на ПК с процессором Pentium-IV/2400 с объемом оперативной памяти 512 Мбайт, в среде операционной системы Windows 2000.

Обработка результатов моделирования выполнена с помощью постпроцессора ANSYS.

Результаты представлены в виде цветовых полей распределения напряжений и деформаций по поверхности и во внутренних сечений заготовки для различных моментов времени.

Моделирование процесса горячей поперечно-винтовой прокатки сплошной заготовки методом конечных элементов.

Тепловой режим является одним из основных технологических факторов процесса горячей прокатки, при которой характер течения металла связан с изменением сопротивления деформации по сечению заготовки, зависящим от распределения температуры в заготовке.

Температурное поле существенно зависит от тепловыделения, обусловленного работай пластической деформации, величиной Трения в контакте металла с инструментом (рабочим валком) и определяется полем скоростей деформации. В связи с этим необходимо решать т.п. связанную задачу, учитывающую взаимосвязь механических и температурных процессов. Характерные для горячей прокатки большие пластические деформации, связанность тепловых и деформационных процессов, высокая нелинейность механических и теплофизических свойс тв металла обуславливают сложность моделирования процесса.

Исследование проводилось на трехмерной конечно-элементной модели процесса в среде пакета МКЭ-аналша AN S Y S/L S - D Y N Л. При моделировании исследовались процессы захвата и установившегося процесса горячей прокатки сплошной заготовки с 0 120 мм на 0 90 мм в двух и трех валках. Материал валков - сталь 40Х. материалы заготовок - медь МО. АД31, ст.20. заэвгектический силумин 01390.

Учитывалась зависимость механических параметров материалов заготовки и валков от температуры.

При моделировании процесса горячей 11B1I решались краевые задачи теории теплопроводности с использованием уравнения теплопроводности для движущейся сплошной среды.

В результате исследования напряженно-деформированного состояния с помощью применения трехмерного конечно-элементного .моделирования ПВП сплошной заготовки получены следующие результаты.

Выделены все составляющие компоненты напряженно-деформированного состояния металла (сплошной заготовки) методом ПВП (т.е. радиальные, осевые, окружные, касательные напряжения), получены картины распределения всех видов напряжений для всех схем ПВП (двух-, трех- и четырехвалковая) и абсолютные величины этих напряжений по сечениям (поперечное, продольное и на поверхности заготовки), а также распределение растягивающих напряжений и напряжения сжатия по зонам прокатываемой заготовки в цветовом исполнении.

Картины распределения всех видов нормальных напряжений (радиальных, осевых, окружных) в поперечном сечении заготовки для всех схем ПВП состоят из трех ярко выраженных зон: зона максимальных по величине напряжений сжатия (участки контакта рабочих валков с заготовкой), осевая зона заготовки - зона действия максимальных растягивающих напряжений (это в большей степени относится к радиальным и осевым напряжениям); зона, свободная от контакта рабочих валков с заготовкой, состоящая из двух, трех или четырех участков (в зависимости от количества рабочих валков в схеме ПВП), представляющих по форме сектор, ограниченный длиной дуги между валками и двумя радиусами.

Установлено, что при двухвалковой схеме ПВП абсолютные величины всех растягивающих нормальных напряжений (радиальных, осевых, окружных) превосходят величины аналогичных напряжений при других схемах ПВП. Осевая зона заготовки находится под действием всестороннего растяжения всех напряжений.

При двухвалковой схеме максимальные растягивающие радиальные напряжения сосредоточены строго по оси заготовки, тогда как при трехвалковой схеме эти растягивающие напряжения более равномерно распределены по всему продольному сечению, а по абсолютной величине они в 2,5-3 раза меньше, чем при двухвалковой схеме.

Помимо этого, осевая зона заготовки при двухвалковой схеме ПВП всегда находится под действием и касательных напряжений (в отличие от трех- и четырехвалко-вой схем), как бы разрывая осевую зону и все сечение заготовки на два симметричных участка.

Поэтому, двухвалковая схема является наиболее опасной (в сравнении с трехи четырехвалковыми схемами) с точки зрения вскрытия осевой центральной полости прокатываемой заготовки в связи с одновременным действием в этой зоне всех максимальных растягивающих напряжений, а также и дополнительным воздействием касательных напряжений.

Получены сравнительные результаты распределения эквивалентной деформации £ер в поперечном сечении сплошной заготовки при двух- и трехвалковой схемах ПВП.

Результаты исследования показали, что прокатка при трехвалковой схеме ПВП обеспечивает большую суммарную пластическую деформацию заготовки.

Установлено, что стесненное уширение заготовки при трехвачковой схеме способствует равномерному проникновению пластической деформации по сечению заготовки в очаге деформации (по всему сечению еер = 0,4). При прокатке по двухвалковой схеме поверхностные слои деформируются более интенсивно, чем внутренние (на поверхности еер = 0,36, а в центре заготовки еср = 0,26 ).

Результаты исследований показаны на соответствующих графиках.

Экспериментально доказано, что угол подачи является одним из важнейших технологических факторов, существенно влияющим на величины всех нормальных напряжений (радиальных, осевых и окружных). Полученные экспериментальные данные и зависимости величин напряжений от углов подачи при различных схемах ПВП подтверждают выводы проф. С.П. Галкина (МИСиС) о значимости углов подачи в процессах ПВП в качестве важнейшего и определяющего технологического фактора.

Установлено, что величины касательных напряжений, наоборот, практически не зависят от технологических факторов, в т.ч. и от углов подачи, а зависят только от схемы ПВП. Максимальных величин касательные напряжения достигают при двухвалковой схеме.

Исследована зависимость влияния степени деформации (г %) на величины видов напряжений, возникающих в заготовке (спл. 01390) при горячей трехвалковой схеме ПВП (7°С = 480° С, а - 9". В, = 0 300 мм) (табл. 1).

Исследованы величины всех видов напряжений (растягивающих и сжатия), возникающих в сплошных заготовках из различных металлов (цветных и черных) при горячей прокатке с различными схемами ПВП, а также соотношения величин растягивающих напряжений при двухвалковой и трехвалковой схемах.

Таблица 1

Зависимость напряжений от степени деформации (г %) (сплав 01390, горячая прокатка, а= 90, Т°С = 480°С, Ов = 0 300мм)

Сплав 01390, исходная заготовка 0112 мм. Радиальные напряжения (МПа) Осевые напряжения (МПа) Окружные напряжения (МПа) Касательные напряжения т (МПа)

"г сжат (") в' сжат (-) О, сжат раст

0112-» 090 мм (с= 32%) -251,42 37,99 -264,87 94,65 -342,98 85,81 83 Д

0112—» 080 мм (£=50%) -307,445 80,251 -232,29 137,03 -333,22 123,92 93,56

Сравнительный анализ полученных величин основных энергосиловых параметров показал следующее:

- сила прокатки при установившемся процессе с трехвалковой схемой ПВП в 2 раза ниже, чем при двухвалковой схеме;

- полная потребляемая мощность ПВП при трехвалковой схеме в 1,5 раза ниже, чем при двухвалковой схеме;

- наименее энергоемким процессом ПВП является трехвалковая схема с натяжением.

Применение метода трехмерного конечно-элементного моделирования процесса ПВП позволило обосновать решение о выборе трехвалковой схемы ПВП и угла подачи а = 9° для осуществления прокатки заэвтектических силуминов.

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования и технологические особенности деформирования сплошных изделий (полуфабрикатов) из заэвтектических силуминовых сплавов (01390, 01391,01392) методом ПВП с целью повышения

их пластических свойств

Для отработки технологического процесса прокатки слитков из силуминовых сплавов 01390, 01391, 01392 методом ПВП в прутки (полуфабрикаты) с повышенными пластическими свойствами, необходимо знать и другие технологические параметры, в частности, температурно-скоростные, этого процесса, которые, во-первых, обеспечили бы стабильность протекания процесса деформирования слит-

ков методом ПВП, а, во-вторых, обеспечили бы полное и максимальное дробление всех структурных компонентов сплава (в т.ч. кристаллов кремния) и, как следствие этого, обеспечили значительное повышение пластических, а если возможно, то и прочностных свойств полуфабрикатов, прокатанных из слитков.

В целях более глубокого изучения технологических возможностей этих сплавов и определения оптимального температурно-скоростного диапазона, выполнены реологические исследования (изучение способности реагировать на температурно-скоростные условия деформации) модифицированных слитков при растяжении, т.е. установлены механические характеристики в зависимости от скорости и температуры деформации.

Исследования и обработка результатов испытаний проводилась при температурах 20, 300, 350, 450 и 500°С при скоростях деформации ё = 0,05; 0,03 и 0,3 с"1 (по три образца на каждую характеристику). Результаты испытаний даны в табл. 2.

Оптимальными температурами деформации при ПВП следует считать диапазон от 450 до 500°С, при котором пластичность растет, а прочностные свойства монотонно падают (рис. 3).

В результате исследований получено семейство пластометрических кривых сопротивления деформации (о$) в зависимости от температуры испытаний в диапазоне (350^-475°С) и скорости деформации ё в диапазоне 0,1; 0,5; 2,5 с"1 в координатах <т$ - е (рис. 4).

Таблица 2

Влияние скорости деформации и температуры испытаний на механические

т, °с Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение. % Относительное сужение, %

1_ 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

20 185,5 174,5 - 143.5 152 - 4.6 3.2 - 7.3 4,1 -

300 80,5 97 105.5 67 68 74 12,2 12.4 6 18,7 15 7,4

350 48,5 74 81,5 36 51 56 16 19,6 17,2 29.6 26,1 20,1

400 31 55,5 60,5 2.5 36 39,5 17,6 32,6 27,6 37,1 36 30,6

450 21 43 47,5 18 31 35 28 32 22.4 47.5 34,3 27

500 20 28,5 38 - 24,5 30,5 24,5 38,2 32,2 52 50,2 43,2

Примечание: Скорости деформации: 1 - 0,005 с"1; 2 — 0,03 с"'; 3 — 0,3 с"1

Анализ кривых (рис. 4) позволяет сделать вывод о том, что, начиная с е = 20% идет постепенное увеличение сопротивления деформации 05, вплоть до е =40-^50%, после чего кривые выходят на плато.

Помимо этого, в результате пластометрических испытаний была рассчитана величина предельной пластичности Ар слитков сплава 01390 (рис. 5).

Рис. 3 Зависимость прочностных и пластических свойств слитков сплава 01390 от температуры °С нагрева при испытании их на растяжение

350 5С

«О'С

♦ЗО'С

475®С

Рис. 4 Кривые сопротивления деформации сплава 01390 при различных скоростях деформации, где:

1 - скорость деформации 2,5 с1;

2 - скорость деформации 0,5 с

3 - скорость деформации О 0,1 ОД г>3 0,4 у 6,6 0,1 0J 0,4 0,5 0,i Ü1 ОД 0,3 0,4 ЦЗ 0,6 0,10,2 0J 0,4 0,5 0.6 Q, 1 с"1

Степень деформации ,£

Как следует из данных (рис. 4) повышение скорости деформации с 0,1 до 2,5 с"1 ведет к понижению предельной пластичности. Наибольшее значение предела пластичности достигается при Т°С = 450°С для скорости деформации с =0,1 с"!. Именно это обстоятельство (наряду с реологией сплава при испытаниях на растяжение) позволило достаточно точно выбрать температурно-скоростные параметры ПВП. я.

1

Рис. 5 Зависимость предельной пластичности слитков сплава 01390 от температурно-скоростных параметров при испытании их на кручение:

1 — скорость деформации 0,1 с"1;

2 - скорость деформации 0,5 с"';

3 - скорость деформации 2,5 с"'

550 400 450 475 с

Тгмшрагура испытания Т, °С

Применение трехвалковой схемы ПВП слитков заэвтектических силуминов позволяет, независимо от шихтовой основы сплавов и предварительного комплексного модифицирования расплава, кардинально измельчить размеры кристаллов первичного кремния.

Проведены исследования по изучению влияния степени деформации при ПВП на структуру и размеры кристаллов кремния (табл. 3 и рис. 6).

Исследованиями установлено, что при ПВП со степенью деформации свыше е > 32% (прутки диаметром менее 092 мм) размеры кристаллов кремния становятся, в основном, равными 10-15 мкм (рис. 6).

В процессе ПВП происходит дробление и измельчение пластинчатых кристаллов алюминидов (железа, титана), а также измельчается эвтектическая основа сплава с 10-7,5 мкм до 2,5 мкм (рис. 7-6).

Впервые осуществлено изготовление прутков (полуфабрикатов) из малопластичных труднодеформируемых заэвтектических силуминовых сплавов 01390, 01391, 01392 методом ПВП (трехвалковая схема) с повышенными (почти в 4 раза выше, по сравнению со слитками) пластическими свойствами (табл. 4). Изучено влияние основных технологических параметров на качество прокатанных прутков.

Таблица 3

Влияние степени деформации при 11В11 на размеры кристаллов первичного кремния в прутках сплавов 01390 и 01391

Вид заготовки

Диаметр

1"П1тка;гтр\тка, ^м

Степень двформа-чии, %

Средний размер крисушмов Si. чкм

01390

слиток1

пруток

СЛИТОК

пруток

лругпк слиток*

01391

пруток

гтруюк

* слиток получен без модифицировании: ** слиток получен после комплексного модифицирования

70 ¿so

I50

130 120 1

I10

о

-10 ■

Рис. 6 Микроструктура (х 100/ и диаграмма изменения средних размеров первичного кремния в структуре слитка и прутков сплава 01390 диам. 92-14 мм после 11ВГ1 с разным коэффициентом вытяжки (р): I - 1.48: 2 - 2.56:3-5,01; 4-16:5 64. Фото: 1-слиток диам. 114 мм; 2-диам. 92 мм; 3-диам. 70 мм; 4-диам. 50 мм; 5-диам. 14 мм

15 25 35 45 55 65

Разыеры кристаллов St, мкм

а)

Рис. 7 Семейство кривых распределения по размерам кристаллов кремния в с литке (0112 мм) и прутках различного диаметра, где: а - гистограммы первичных кристаллов кремния (1 - слиток; 2-6- прутки диметром 092+ 014 мм); б - гистограммы вторичных (эвтектических) кристаллов кремния (1 - пруток 014 мм; 2-пруток 070 мм: 3-слиток 0112 мм)

11ВП с режимами прокатки, соответствующим результатам трехмерного конечно-элементного моделирования и реологических исследований, т.е. трехвековая схема ПВП. угол подача а ~ 9я, Т"С = 470-480"С и степени деформации с > 32% позволяет получать прутки с хорошим качеством, поверхности с мелкозернистой и плотной структурой без рыхлостей в центральной зоне и в концентрических слоях (рис. 8).

Рис. К Рабочие моменты поперечно-Винтовой прокатки прутков из заэвтектическнх сплавов 01390 и 01391 на универсальном стане ПВП 20-60

Таблица 4

Влияние 11BI1 на механические свойства катаных прутков из сплавов ____ 01390 и 01391 после отжига (350°С 3 ч.)___

С план Полуфабрикат Степень деформации, % О я . M Па <% . МПа Относительное удлинение Относительное сужение^, %

DI390 Литая заготовка диам. 100 мм - 174 152 3,2 4.1

Пруток ;шан.70 мм после ПВП 51 180 122 11.0 14,0

Пруток диам. 60 чм после ПВП 64 ISI 124 11,4 16,0

01391 Литая заготовка диаы.100 мм - 150 90 1.6 10,2

Пруток диам .70 мм после ПВП 51 148 134 3,5 15,3

Пруток диам 60 мм после ПВП 64 171 137 4,0 15,6

Выполнено исследование фазового состава, морфологии и размеров различных фаз в исходных слитках и прокатанных из них прутков Заэвтектическнх силумино-вых сплавов.

Из прутков заэвтектическнх силуминов, полученных методом 1 IB! I впервые на универсальном стане ПВП 20-60 успешно осуществлена про шинка различных типоразмеров гильз 080 075 х 15 мм, 070 х 7 мм и 075 х 5 мм (рис. 9).

Из прутков 0 92 мм и гильз (трубной заготовки 0 80x15 мм) (спл. 01390 и 01392). изготовленных на стане 1ГВ11 20-60, на кафедре О !Д МГТУ «Стан к и и» под руководством проф. А.Э. Артсса была освоена технология горячей ковки и объемной штамповки деталей сложной конфигурации типа «диск» и «чашка» (рис. 10).

Рис. 9 Изделия, полученные методом ПВП ИЗ слитка 0 112 мм (сил. 01390. 01392)

на стане ПВП 20-60; а - пруток 0 80 мм (заготовка) (трехвалковая схема):

б-.-гильза, прошитая из прутка 0 80x15 мм на сгане ПВП 20-60 (трехвалховая схема)

Рис, 10 Изделия, полученные из катаных полуфабрикатов ПВП для автомобиля ВАЗ 32118 (стан ПВП 20-60). где: А - штампованный «диск» из прутка 092, сил, 01392; Б— поковка типа «чашка» из гильз 080 х 15 мм, сил, 01392

ГЛАВА 5, Исследование, освоение и особенности пронесся прошивки гильз из за эвтектических сил уми новых сплавов

В настоящей главе рассмотрены особенности технологического процесса прошивки гильз (труб) Ш заэвтектических силу ми новых сплавов 01390, 01391, 01392.

Проведен анализ классических калибровок и профиля прошивных оправок, применяемых, в металлургии (черной и цветной и обоснован выбор сферической оправки, основное отличие которой заключается в отсутствий цилиндрическою носка, с заменой его на конический, с плавным сферическим переходом от него к обжимной и калибрующей частям опраики.

Предложенная калибровка прошивной оправки снижает лобовое давление металла заготовки на оправку, а значит, уменьшает осевое давление на стержень оправки и изгибающий момент, т.е. повышает устойчивость стержня оправки.

Предлагаемая калибровка прошивной оправки устраняет появление "застойных" зон прошиваемого металла в зоне цилиндрического носка, повышает "обтекаемость" металла относительно оправки, улу чшает условия естественного течения прошиваемого металла в очаге деформации вдоль рабочей обжимной части оправки.

Применялись предложенные оправки со сферической калибровкой и коническим носком с отношением длины рабочей части Ьраб оправки к ее диаметру, равной 1р„г, /(!„= 2,1.

В целях устранения полного налипания прошиваемого металла на поверхность прошивной оправки, предложено и реализовано покрытие оправки диоксидом циркония, вместо часто применяемого процесса хромирования.

Применение покрытия поверхности прошиваемой оправки диоксидом циркония полностью исключает налипание прошиваемого металла на оправку.

Выполнен расчет основных настроечных параметров прошивки гильз из заэв-тектических силуминовых сплавов, в основу которого были взяты схема очага деформации и основные размеры рабочего валка.

Согласно расчетам выдвижение оправки за пережим рабочих валков равно 40 мм, а диаметр заготовки в пережиме валков, равный 2г„ = 70 мм.

Разностешюсть получаемых гильз (075x8, 080 х 15, 080х 13,5, 070 х 7, 075x5 мм) длиной 2-^2,5 м не превышает 0,2 мм на концах гильзы, что составляет < 1,0% и значительно меньше разностенносги гильз, прошиваемых в черной металлургии с применением двухвалковой схемы прошивки и равной 3-7 %. Наружная и внутренняя поверхность гильз также отличается высоким качеством.

Особенностями процесса прошивки гильз из заэвтектических силуминов является следующее:

- невозможность осуществления процесса прошивки гильз непосредственно из слитков;

- необходимость промежуточного процесса прокатки сплошных цилиндрических слитков из этих сплавов с применением только трехвалковой схемы ПВП, нагрева слитков в узком диапазоне температур 1°С. = 470^480°С , с углом подачи а = 9°, частотой вращения рабочих валков не более 36+40 об/мин, при соотношении диаметра рабочих валков к диаметру заготовки не менее г > 3;

- прошивка гильз из заэвтектических силуминовых сплавов возможна только из предварительно прокатанных прутков, при этом угол подачи при прошивке равен а -- б", частота вращения рабочих валков не более 30 об/мин, с нагревом заготовки для прошивки в пределах Т°С = 470 480°С, с применением как двух-, так и трехвалковой схем прошивки;

- прошивка гильз из заэвтектических силуминовых сплавов реализуется с применением оправок со сферической калибровкой и с коническим носком, при этом в качестве надежного покрытия поверхности оправки от налипания прошиваемого металла был применен диоксид циркония, а в качестве смазки прошивных оправок использован коллоидальный графит.

Получаемые (впервые в практике) гильзы из заэвтектических силуминов отличаются высокими показателями качества как наружной, так и внутренней поверхностей, очень мачой разностенностью.

ГЛАВА 6. Факторы, определяющие механизм структурообразовання и повышения пластических свойств заэвтектических силуминов при поперечно-вннтовой

прокатке

Рассмотрены и определены основные факторы, характеризующие механизм структурообразовання и влияющие на повышение пластических свойств заэвтектических силуминовых сплавов при поперечно-винтовой прокатке. Выявлены причины, не позволяющие получить прирост пластических свойств этих сплавов при их обработке способом прессования.

Первая серия проведенных экспериментов заключалась в определении минимально возможных размеров кристаллов кремния (А), которые могут быть достигнуты при прессовании, в сравнении с процессом ПВП, а также выявлении зависимости этих минимально возможных размеров кристаллов кремния от степени деформации (е) при этих процессах. Для чистоты эксперимента заготовки вырезались из одного слитка, т.е. из одной плавки с одним и тем же исходным максимальным (средним) размером кристаллов кремния, равным А0 > 40 мкм.

Исследовано влияние способов ОМД (прессование и ПВП), а также степени деформации (е %) на достижение минимально возможных размеров кристаллов кремния (/1) при обработке слитков 0 112 мм и заэвтектического силумина 01390

Рис. 11 Диаграмма изменения средних размеров кристаллов первичного кремния в структуре слитка и прутков диам. 92-14 мм после ПВП и прессования с разной степенью деформации:

1 - слиток 0 112 мм,

2 - пруток 0 92 мм (е = 32% ц = 1,5),

3 - пруток 0 80 мм (е = 49%, ц = 1,96),

4 - пруток 0 60 мм (е = 71%, ц = 3,5),

5 - пруток 0 50 мм (с = 81%, ц = 5,0), 6- пруток 0 14 мм (с = 98%, р = 64,0), 7 — пруток 0 40 мм - прессоватше

(е = 87,2%, ц = 5,7)

Экспериментально установлено: при прессовании даже при больших степенях деформации (е = 87,2 %) измельчение кристаллов кремния практически не происходит, т.е. средний (минимально возможный) размер кристаллов кремния составляет 35'-37 мкм и почти не отличается от размеров кристаллов кремния в исходных слитках, равных Ао>40 мкм.

При ПВП этот размер кристаллов кремния (А = 35 мкм) достигается при значительно меньших степенях деформации (е = 32 %), т.е. при прокатке прутка 092 мм. С увеличением степени деформации до е = 49 % (080 мм), размер кристаллов кремния уменьшается до 10-15 мкм, и этот размер кристаллов кремния в дальнейшем не уменьшается при любых значениях (е) свыше 50% (рис.13).

Кристаллы кремния по-разному реагируют на сжатие и растяжение. Предел прочности литого кремния при сжатии равен а„ — 471 МПа (Т°С = 500°С), а при растяжении - всего лишь сгв = 16,7 МПа.

Экспериментально установлено, что при прессовании заэвтектических силуминов (слитка 0 112 мм) на горизонтально-гидравлическом прессе с максималь-

этими способами показано на рис. 11.

1 - прессование

\ пвп .i ! j i А ц ^ i \

| i ? ¡ -? i 1 i

i i i i i i i i 1 |

а ю 20 зо ад 60 60 то во во ш Степень деформации г,"»

ным усилием прессования Р = 750 ТН, процесс пластического деформирования начинался и заканчивался при усилии пресса, равном Р = 170 ТН; что соответствует созданию уровня напряжений сжатия равным всего лишь асж = -240 МПа. Это в два раза меньше, чем требуется для разрушения (дробления) кристаллов кремния при сжатии.

Достигнутых величин сжатия (асж = -240 МПа) при прессовании слитков из за-эвтектических силуминов оказывается достаточно только для деформирования эвтектики, имеющей высокие пластические характеристики, но крайне недостаточно для дробления кристаллов кремния, которые при прессовании, благодаря высокопластичной эвтектике, перемещаются из верхних слоев прессуемого слитка в центральные, приобретая большую плотность их расположения в сечении прутка и поэтому, практически не уменьшаются в своих размерах (табл. 5).

При прессовании, в связи с малой длиной очага деформации (толщина матрицы), каждая частица или поперечное сечение заготовки подвергается только одноразовому деформационному воздействию, что также отрицательно сказывается на дробление кристаллов и получение мелкозернистой структуры прессуемых изделий.

Таблица 5

Влияние способов ОМД и степени деформации на средние размеры, количество и плотность кристаллов кремния в структуре слитка и прутков из заэвтектического си-

лумина 01390

Тип полуфабриката /Ьтаметр. мм Способ ОМД Степень деформации, % Средний размер 51, мкм Количество (п) на поле 0,65x0,65 мм Плотность (количество) кристаллов Б)" в сечении шлифа, 1г',м\г

Слиток 112 - - 40 40 94,6

Пруток 92 ПВП 32 35 64 151,4

«» 80 «» 50 15 234 553,8

«» 52 «» 78 15 234 553,8

14 «» 98 15 234 553,8

Пруток 40 Гор.пресс. 87,2 35 64 151,4

При ПВП (трехвалковая схема) величины всех нормальных (радиальных, окружных и осевых) растягивающих напряжений превышают предел прочности кремния на растяжение, равного ав = 16 МПа, а порядок величин (даже раздельного воздействия) каждого вида нормальных напряжений сжатия также очень близок к величине предела прочности кремния на сжатие.

Таким образом, в отличие от процесса прессования, процесс дробления кристаллов кремния при ПВП (трехвалковая схема) реализуется благодаря одновременному воздействию как растягивающих, так и напряжений сжатия. Каждое из этих воздействий достаточно эффективно само по себе, а суммарное их воздействие (даже при небольших степенях деформации (е = 32 %) делает процесс ПВП незаменимым для достижения мелкозернистой структуры прутков, получаемых этим способом.

Полученные результаты дисперсности кристаллов кремния кардинально отличаются друг от друга - при прессовании они практически не дробятся, а при ПВП уменьшаются до 10-15 мкм. Из этого можно сделать вывод, что наличие только

схемы всестороннего сжатия (при прессовании) не всегда обеспечивает получение необходимой мелкозернистой структуры.

Наличие напряжений (растягивающих и сжатия), т.е. различной знаковой направленности в различных зонах сечения заготовки является не единственным отличительным фактором, положительно влияющим на степень дробления кристаллов кремния и получения мелкозернистой структуры при ПВП. Не менее, а может и более важным фактором и главной отличительной особенностью ПВП от процесса прессования является кинематика данного процесса.

При ПВП каждая частица металла и их совокупность приобретают винтовую (геликоидальную) траекторию, имеющую свои характеристики: угол подъема (или наклона) винтовой линии к горизонтальной (оси заготовки) оси - <р и шаг винтовой линии - 5„„в. Эти два параметра напрямую зависят от угла подачи (а) и степени деформации (е).

Уменьшение угла подачи с увеличением степени деформации приводит к уменьшению шага винтовой линии на поверхности прутков Л'„„„ , к увеличению числа оборотов заготовки в пределах длины очага деформации, т.е. к увеличению числа циклических воздействий рабочих валков на заготовку, что также увеличивает степень дробления кристаллов кремния в заготовке.

В отличие от процесса прессования, являющимся одноциклическим процессом, при ПВП, помимо процесса дробления кристаллов кремния, реализуемого от воздействия напряжений растяжения и сжатия, возникающих в заготовке, степень дробления кристаллов кремния усиливается и многоцикличностыо, т.е. кинематикой этого процесса.

Установлено, что одинаковые размеры кристаллов кремния (А = 35 мки) и, в целом, одинаковая степень измельчения структуры полученных прутков различными способами (прессование и ПВП) приводит к различным результатам: при прессовании - к увеличению относительного удлинения <5 % всего лишь на 0,3 % в сравнении со слитками (с 3,2 до 3,5 %). а после ПВП - к увеличению 3 % почти в три раза (с 3 = 3,2 % в слитке до 5 = 9 % в прутках 092).

Помимо получения мелкозернистой структуры, важнейшую роль в повышении пластических свойств материалов играет и способ получения этой структуры (в данном случае - ПВП).

Для более полного изучения процесса ПВП проведены эксперименты для определения послойных траекторий движения металла (спл. 01390) с применением продольных алюминиевых (или других металлов) штифтов, установленных на разных радиусах и в центре заготовки (рис. 12).

Установлено, что измельченная структура каждого, бесконечно малого по толщине слоя прокатанного прутка способом ПВП, характеризуется своим ориентированием, свойственным только этому (одному) слою, со своим углом наклона винтовых линий течения металла, при этом, длина винтовых линий в каждом слое заготовки зависит от угла подачи (а) , степени деформации (е) и радиуса Ях того или иного слоя прокатанного прутка и уменьшается от поверхностного слоя, где она максимальная (в нашем случае £ш, = 13874 мм) к центру заготовки с промежуточными значениями (Сш = 2842,6 мм, £ш = 2320,4 мм и = 2007 мм), т.е. уменьшается с уменьшением радиуса исследуемого слоя.

Установлено, что сочетание всех слоев прутка, в каждом из которых измельченная структура ориентирована по своему закону траектории с параметрами (<р и 5^,-),

- гз**

м

Сг

Т

б)

I®

5-|.=23НН

[ШЖНЖШШ

'у./фс=80о

5н=Шмм

Г

Лрг 4Ь

5^2=1301^

-V—

к

Г)

д)

Рис. 12 Траекторий движения металла (спл. 013У0) по слоям после поперечно-винтовой прокатки слитка со штифтами в пруток (с О 112 мм на О 50 мм): а - исходный образец (слиток со штифтами) до ПВП; б - пруток после ПВП и снятия металла до появления штифтов; в - параметры траектории винтовой линии на поверхности прокатанной) прутка О 50 мм (с радиусом 1^);

г—параметры траектории винтовой линии в слое К| после прокатки (штифт №!); д - параметры траектории винтовой Лййии в слое и; после прокатки (штифт .\г°2): е - штифт № 4 в центре заготовки

свойственными только одному слою и обеспечивает всему объему прокатанного прутка (полуфабрикат) методом ПВП, резкий прирост пластических свойств.

Экспериментально доказано, что при ПВП не происходит перемешивания концентрических слоев металла в радиальном направлении. Это подтверждается тем, что наиболее удаленные от геометрической оси встроенные штифты и после ПВП остаются также наиболее удаленными, а самые близкие к оси - такими же и после ПВП (рис. 12 и рис. 13).

Установлено, что концентрические слои заготовки, находящиеся на больших расстояниях от оси заготовки, при ПВП подвержены закручиванию в большей степени, чем слои, находящиеся вблизи оси заготовки (рис. 13).

Рис. 13 Схема перемещения в поперечном сечении заготовки-прутка из заэвтектических сплавов продольных контрольных штифтов при ПВП (трехвалковая схема):

а) положение штифтов в исходном слитке 0 112 мм;

б) положение штифтов в прутке 0 50 мм после ПВП

Разработана математическая модель зависимости перемещения металла на поверхности прокатываемого прутка от утла подачи (а) и степени деформации (е), т.е.

5Пов=/1 (а, £)•'

£>шв = Г(а,е) = 8111Я1 =тс-йщ,- 18а{1-а|0,02888-0,2316(е-0,548)!]}, (1)

Выполнены аналитические исследования кинематики движения внутренних слоев металла при ПВП заэвтектических силуминов и предложена математическая модель перемещения этих слоев.

Для определения шага винтовых линий перемещения металла внутри заготовки (прутка) при ПВП предложена модель функции

в^да.еХ)

Предварительные эксперименты показали, что функцию 8В„ = / (СИ, £, ) можно представить как в., = 8П0> ■/¡( К^), где:

Л, - радиус того или иного слоя прокатанного прутка. Функцию/1( Я',) можно представить зависимостью вида:

Г к: "

(2)

где: К|ф - наружный радиус прокатанного прутка;

И', - радиус концентрического слоя металла внутри прокатанного прутка: А Е, - постоянные, которые определены на основе экспериментальных данных (табл. 6): И = 5,9467; Е = 4,9467; Г = 6,62.

Таким образом:

в =8„.

5,9467-4,9467

и:

или в развернутом виде:

= Г (а,е, 1*0= я ■ с1пр • tga.ll - а • [о,02888- 0,231 б(е - 0.548): ]}

5,9467- 4,9467-

Я

(3)

(4)

Угол наклона винтовых линий перемещения металла внутри прутка определяется

— (э)

ВШ

Сравнение экспериментальных и расчетных данных приведено в табл. 6.

Таблица 6

Сравнительная таблица параметров кинематики движения внутренних слоев металла б.,, I„„„, ч>„ при ПВП образцов из заэвтектических силуминовых сплавов

Параметры винтовых линий перемещения металла внутри образца со штифтами Радиусы концентр ических слоев прокатанного прутка, мм

(поверхность прутка) К; = 18,5мм (штифт № 1) И'з = 12мм (штифт № 2) я4 = о (штифт № 3) (ось прутка)

Шаг винтовой линии 8ВН, мм Расчет 21,7056 114,448 128.2436 129,0767

Эксперимент 22 116 130 -

Длина винтовой линии на одном шаге - £ввн, мм Расчет 158.5722 163,125 148,766 129.0767

Эксперимент 160 164 150 -

Угол наклона винтовой линии к оси прутка -фвн, град Расчет 82,1326 45.4448 30.4525 0

Эксперимент 80 45 30 0

- Я^ ■ ( пе&фхиасшь щгутя» ^

Рис. 14 Пространственная диаграмма функции я.. = /(а, с- И',), т.е. зависимость шага 8„„ винтовой линии перемещения внутренних слоев металла от угла подачи «, степени деформации е концентрических слоев различного радиуса И.

Разработана математическая модель зависимости размеров кристаллов кремния, получаемых в прутках заэвтектических силуминов после ПВП от параметров этого процесса.

Так как количество циклов воздействия рабочих валков на заготовку на длине очага деформации связано с параметрами процесса ПВП (е и а), т.е. Кч), = /(е,а).

то очевидно, что средний размер кристаллов кремния для 01390, 01391, 01392 взаимосвязан с этими параметрами. В соответствии с этим и в результате математической обработки экспериментальных данных предложена следующая модель функции А =/(Лу

- .V /в

или в общем виде: А = А0 ■ е , (6)

где: А0 - размер исходного зерна (кристаллов кремния) до обработки ПВП; А - размер среднего зерна (кристаллов кремния) после ПВП; е - 2,73 - основание натурального логарифма; В - постоянная, характеризующая интенсивность дробления зерен (кристаллов кремния) или. другими словами, степень изменения среднего размера зерен (кристаллов кремния), отнесенное к единичному акту воздействия рабочих валков на заготовку.

В основном, В зависит от материала заготовки, его структуры и, в определенном диапазоне температуры, остается неизменной величиной.

Постоянная В легко определяется по результатам эксперимента и с помощью уравнения функции А =/

В = N / 1п ~, (7)

А

где А, Ад и Л^.— экспериментальные данные.

График функции А = А„ ■ с имеет вид (рис. 15), который очень близок к экспериментально полученным графикам (рис. 6 и рис. 11).

Разработана математическая модель зависимости пластических свойств заэвтектических силумино-вых сплавов от изменения размеров кристаллов кремния при ПВП заготовки в прутки.

Экспериментально установлено, что ПВП слитков из заэвтектических силуминов (01390, 01391, 01392) кардинально измельчает структуру сплавов, в том числе обеспечивает максимальное измельчение кристаллов кремния, способствует снижению их среднего размера и, как следствие этого, повышает пластические свойства прутков.

Пластические свойства прутков оцениваются через показатель § % - относительное удлинение. Зависимость с) % от размеров кристаллов кремния Л при ПВП носит сложный характер.

Функция 5 =/(А) аппроксимируется уравнением экспоненциального вида

8 = М (8)

где: е - основание натурального логарифма, равное 2,73; А - средний размер кристаллов кремния в мкм;

Рис.15 Общий вид графика функции А = А11-е~А",в

М, Н, Р — постоянные, которые определяются посредством экспериментальных данных (табл. 7): М = 11,01; Н = 41,265; Р = 3,684. После подстановки значений М, Н, Р получим:

8 = 11,01- 1-е (9)

Таблица 7

Сравнительные характеристики заэвтектического силуминового сплава 01390 в

разных состояниях

Состояние образца Средний размер кристаллов кремния мкм (А) Относительное удлинение 5 % Степень деформации Е %

Слиток 0 112 мм 40 3,2 -

Пруток горячекатан-ный ПВП 0 92 мм 35 9,0 32

Пруток горячекатан-ный ПВП 0 80 мм 15 11,0 49

Рис. 16 Зависимость относительного удлинения 5 прокатанных прутков (01390, 01391) от среднего размера.4 кристаллов кремния

График зависимости 5 =/(А) показан на рис. 16. Из него следует, что значительное повышение относительного удлинения (6) наблюдается даже при невысокой степени деформации, когда уменьшение размеров кристаллов кремния составило всего 5 .и/си. При дроблении кристаллов кремния в диапазоне размеров менее 20 мкм степень изменения пластичности в сторону увеличения малозаметна и с размеров А ~ 15-10 мкм практически остается неизменной, достигая максимального значения на уровне 5 = 11,4 %.

График, построенный согласно предложенной формуле (9) отображает реальное поведение прокатываемых заэвтектических силуминовых сплавов (рис. 16). Полученные результаты настоящей работы, а также результаты работ, выполненных проф. Б.А. Романцевым (МИСиС), при исследовании технологических возможностей высокопрочных чугунов, изучению структуры и свойств их в результате деформирования методом ПВП, подтверждают правильность выбранного направления и универсальность применения метода ПВП для повышения эксплуатационных свойств малопластичных труднодеформируемых металлов, как цветных, так и черных металлов, имеющих многофазовую исходную структуру.

Основные выводы по работе.

1. С целью значительного расширения технологических и эксплуатационных возможностей литейных, по своей сути, малопластичных заэвтектических силуминов (с содержанием >17+23%), имеющих особые физико-механические свойства, но, вследствие низких их пластических свойств, имеющих ограниченное применение (в основном, фасонное литье), впервые реализовано многократное (почти в 4 раза) повышение их пластических свойств без снижения прочностных свойств.

2. Для реализации задачи превращения мадопластичных и, поэтому, трудно-деформируемых заэвтектических силуминов в пластически деформируемые, в качестве основного способа ОМД рекомендуется процесс поперечно-винтовой прокатки (ПВП) с применением 3-х валковой схемы.

3. Выполнение теоретических, технологических и экспериментальных исследований, направленных на повышение пластических свойств заэвтектических силуминов стало возможным благодаря созданию универсального стана ПВП 2060, конструктивные основы и признаки универсальности которого были разработаны автором настоящей работы, а рабочий проект и изготовление в металле выполнены КБ косой прокатки и ЭЗТМ для ЗЛС ВИЛСа (все варианты рабочей клети защищены авторскими свидетельствами).

4. Впервые выполнено трехмерное конечно-элементное моделирование процесса ПВП сплошной заготовки и дан сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния прокатываемой заготовки при различных схемах ПВП (двух-, трех- и четырехвалковая), на основе которого обоснован выбор схемы ПВП и других технологических параметров этого процесса (угол подачи, степень деформации, скорость прокатки и т.д.), подтвердивших принципиальную возможность пластического деформирования малопластичных заэвтектических силуминов способом ПВП.

5. Выполнен комплекс исследований реологических свойств и структуры исходных слитков из заэвтектических силуминов на растяжение и кручение, результаты которых позволили определить температурно-скоростной диапазон (Т°С=470+480°С, е = 0,3+0,5 с'1) горячего деформирования слитков в прутки и другие параметры ПВП, при которых указанные сплавы приобретают максимально возможную пластичность.

6. Впервые получены полуфабрикаты (прутки) из слитков заэвтектических силуминов (01390, 01391, 01392) методом ПВП с использованием трехвалковой схемы прокатки, пластические свойства которых (6 и ц/ %) в 2,5+3,5 раз превышают пластические свойства исходных слитков с измельченными кристаллами кремния до 15+10 мкм в прутках благодаря многократному циклическому деформированию при ПВП со степенью деформации е > 32%.

7. Для изучения особенностей воздействия ПВП на структуру и свойства заэвтектических силуминов выполнен комплекс металлографических исследований, включающий изучение фазового состава, морфологии и размеров частиц различных фаз.

. И^ЧИРМТ■ ^/лу.сдгг.сг.нь1 „осл'/далм*- ^тяулмдагдтеыте" ^Лагсрм,1 лКраатарп"-зующие механизм структурообразования и повышения пластических свойств заэвтектических силуминов при ПВП, в т.ч.:

- степень влияния различных способов ОМД (прессование и ПВП) на структуру и пластические свойства полученных полуфабрикатов, влияние различных схем напряженно-деформированного состояния и кинематических параметров ПВП на процесс дробления кристаллов кремния и структурообразования заэвтек-тических силуминов при ПВП:

- установлена зависимость дисперсности (размеров) кристаллов кремния от основных параметров процесса ПВП (угол подачи а, степень деформации с. число циклов воздействия рабочих валков на заготовку).

9. Выполнены экспериментальные и аналитические исследования кинематики деформирования заготовки способом ПВП, определены основные параметры геликоидального движения внутренних слоев заготовки (шаг винтовых линий - Sx, угол наклона винтовых линий течения металла к оси заготовки <р) в зависимости от радиуса этих слоев, угла подачи и степени деформации.

10. Впервые на универсальном стане ПВП 20-60 разработана и освоена технология прошивки гильз из предварительно прокатанных прутков заэвтектических силуминов (01390, 01392).

На технологию прокатки прутков и труб из заэвтектических силуминовых сплавов получен патент РФ на изобретение.

11. Возможность широкого использования полуфабрикатов, полученных методом ПВП для последующей обработки другими способами ОМД доказана еще и тем, что на кафедре СПД МГТУ «Станкин» была освоена технология горячей объемной штамповки деталей сложной конфигурации типа «чашка» и «диск» для автомобиля ВАЗ 32118 из заэвтектического силуминового сплава 01392.

Изготовлены опытно-промышленные партии катаных прутков 0 80+90 мм различных сплавов для получения из них методом изотермической штамповки поршней с повышенной износостойкостью для двигателей в авиа- и автомобилестроении.

12. Результаты выполненной работы открывают перспективу широкого применения в промышленности заэвтектических силуминов с применением высокопроизводительных методов ОМД вместо трудоемких литейных технологий.

Основное содержание диссертации отражено в публикациях:

1. Авт. свидетельство № 341544 (СССР). МКИ В21в 19/00. Клеть косовалково-го стана. Приоритет от 24 ноября 1970 г. / Белов А.Ф., Панов Е.И. и др. // Б.И. -1972.-№25.

2. Авт. свидетельство № 348250 (СССР). МКИ В21в 19/00. Рабочая клеть трубопрокатного стана. Приоритет от 17 февраля 1971 г. / Панов Е.И. и др. // Б.И. -1972. -№ 25.

3. Трехмерное конечно-элементное моделирование процесса поперечно-винтовой прокатки сплошной заготовки / Е.И. Панов, A.A. Восканьянц, A.B. Иванов. В.М. Лушников, О.Ю. Ильин // Технология легких сплавов. -2001. -№5-6. -С.54-59.

4. Получение прутков повышенного качества из заэвтектических силуминов поперечно-винтовой прокатки / Е.И. Панов, Г.И. Эскин, A.A. Восканьянц, О.Ю. Ильин // Металлург. -2002. -№8. -С.43-44.

5. Эскин Г.И., Панов Е.И. Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и свойства заэвтектических силуминов разной шихтовой основы // Цветные металлы. -2002. -№9. -С.85-89.

6. Панов Е.И., Осадчий В.Я. Напряженно-деформированное состояние металла при двух- и трехвалковой схемах поперечно-винтовой прокатки // Труды пятого конгресса прокатчиков. -Череповец, 2003. -С.320-334.

7. Панов Е.И., Эскин Г.И., Коньков А.О. Производство прутков из трудноде-формируемого силуминового сплава 01390 на универсальном стане поперечно-винтовой прокатки // Труды пятого конгресса прокатчиков. -Череповец. 2003. -С.334-338.

8. Панов Е.И. Некоторые аспекты напряженно-деформированного состояния заготовки при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2003. -№12. -С.34-38.

9. Панов Е.И. Поперечно-винтовая прокатка сплошной заготовки: радиальные напряжения // Металлург. -2004. -№1. -С.33-40.

10. Панов Е.И. Зависимость радиальных напряжений, возникающих в заготовке от схем поперечно-винтовой прокатки и усилия натяжения // Металлург. -2004. -№2. -С.32-39.

11. Панов Е.И. Влияние подпора и натяжения на радиальные напряжения при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2004. -№4. -С.50-57.

12. Панов Е.И., Эскин Г.И. Поперечно-винтовая прокатка заэвтектических силуминов: реология, структура, свойства /У Национальная металлургия. -2004. -№3. -С.83-89.

13. Панов Е.И., Осадчий В.Я. Особенности технологического процесса производства прутков и бесшовных труб методом поперечно-винтовой прокатки из труднодеформируемых заэвтектических силуминовых сплавов 01390 и 01391 // Непрерывные процессы обработки давлением: Труды Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения акад. А.И. Целикова. -Москва, 2004. -С.83-84.

14. Панов Е.И. Повышение пластических свойств заэвтектических силуминовых труднодеформированных сплавов 01390, 01391 методом поперечно-винтовой прокатки // Металлург. -2004. -№6. -С.66-69.

15. Панов Е.И., Эскин Г.И. Исследование реологических свойств трудноде-формируемого силумина марки 01390 при растяжении с целью оптимизации параметров поперечно-винтовой прокатки // Цветные металлы. -2004. -№6. -С.48-53.

16. Панов Е.И. Напряженно-деформированное состояние при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2004. 7. -С.49-53.

17. Панов Е.И. Влияние усилий подпора и натяжения на осевые напряжения при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2004. -№8. -С.59-64.

18. Панов Е.И., Эскин Г.И. Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и свойства заэвтектических силуминов // Металловедение и термическая обработка металлов (МИТОМ). -2004. -№9. -С.7-13.

19. Технологические возможности заэвтектических силуминов в производстве деталей машиностроения // А.Э. Артес, Е.И. Панов, Г.И. Эскин, О.Ю. Ильин // Системы пластического деформирования материалов: Сборник научных трудов МГТУ "Станкин". -М., 2004. -Выпуск 10. -С.30-33.

20. Особенности структуры прутков из заэвтектического силумина марки 01390, полученных методом поперечно-винтовой прокатки / Е.И. Панов, Г.И. Эскин, Л.Б. Вер, Л.Г. Климович // Технология легких сплавов. -2004. -№5. -С.43-49.

21. Панов Е.И. Влияние технологических параметров поперечно-винтовой прокатки на величину окружных напряжений, возникающих в сплошной заготовке // Металлург. -2005. -№3. -С.47-52.

22. Панов Е.И. Окружные напряжения при поперечно-винтовой прокатке с осевым подпором // Технология легких сплавов. -2005. -№1-4. -С.150-156.

23. Панов Е.И. Касательные напряжения и их зависимость от различных технологических параметров при поперечно-винтовой прокатке сплошных заготовок // Металлург. -2005. -№7. -С.45-54.

24. Справочшж по конструкционным материалам. Справочник / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов, Г.И. Эскин, Е.И. Панов и др. // Под редакцией Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. -640 е., ил.

25. Исследование реологических свойств алюминиевого сплава 01390 в условиях прокатки на стане ПВП 20-60 / Е.И. Панов А.О. Коньков, A.M. Галкин, Г.И. Эскин // Заводская лаборатория. -2005. -№10. -Т.71. -С.57-58.

26. Патент № 2262997 (РФ). Способ производства полуфабрикатов из заэвтектических силуминов: приоритет от 25 августа 2004 г. Панов Е.И., Эскин Г.И., Ильин О.Ю., Осадчий В.Я. // Б.И. -2005. -№30.

27. Панов Е.И., Осадчий В .Я. Исследование напряженно-деформированного состояния металла при поперечно-винтовой прокатке методом трехмерного конечно-элементного моделирования // Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов: Труды международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР B.C. Смирнова,-СПб., 2004.-С.95-99.

28. Никулин А.Н., Панов Е.И., Осадчий В.Я. Особенности деформирования металла продольной и поперечно-винтовой прокатки // Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов: Труды международной научно-технической конференции, посвящешюй 90-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР B.C. Смирнова, -СПб., 2004. -С.381-386.

29. Панов Е.И. Исследование окружных напряжений при поперечно-винтовой прокатке с натяжением // Технология легких сплавов. -2006. -№1-2. -С.169-176.

30. Панов Е.И. Новое о механизме структурообразования и повышения пластичности заэвтектических силуминов в условиях поперечно-винтовой прокатки // В сб. "Перспективные технологии легких и специальных сплавов". -М.: Физмат лит. -2006. -С. 162-179.

31. Панов Е.И. Особенности прошивки гильз из заэвтектических сплавов на универсальном стане ПВП 20-60 // Металлург. -2006. -№2. -С.65-71.

32. Панов Е.И. Основные факторы, влияющие на механизм структурообразования и повышение пластических свойств заэвтектических силуминов при трех-валковой поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2006. -№4. -С.69-75.

33. Панов Е.И. Влияние основных параметров поперечно-винтовой прокатки на пластические свойства заэвтектических силуминовых сплавов // Металлург. -2006. -№5. -С.72-74.

34. Панов Е.И. Математическая модель перемещения слоев металла при поперечно-винтовой прокатке заготовки из заэвтектических силуминов // Металлург. -2006. -№6. -С.57-59.

35. Панов Е.И., Осадчий В.Я. Особенности формирования структуры малопластичных заэвтектических силуминов при поперечно-винтовой прокатке // Производство проката. -2006. -№7. -С.25-32.

36. Панов Е.И. Влияние кинематики процесса поперечно-винтовой прокатки на дисперсность структуры заэвтектических силуминов // Металлург. -2006. -№8. -С.68-72.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ СВОЙСТВ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ, ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ И

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ОГРАНИЧЕНИЯ.

1.1. Общая характеристика алюминиевых сплавов.

1.2. Заэвтектические силуминовые сплавы.

1.3. Направления поиска повышения пластических свойств заэвтектических силуминовых сплавов.

1.4. Возможная область применения заэвтектических силуминов.

Глава 2. РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО СТАНА ПВП 20

2.1. Тенденции развития конструктивных особенностей станов ПВП.

2.2. Обоснование необходимости создания универсального стана ПВП.

2.3. Конструктивные и технологические особенности универсального стана ПВП 20

2.4. Краткое описание технологического процесса.

2.5. Реализация технического проекта в рабочий при изготовлении универсального стана ПВП 20-60 в металле.

2.6. Поиск и выбор оптимальной калибровки рабочих валков.

2.7. Расширение технологических возможностей стана ПВП 20-60.

Выводы.

Глава 3. НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СПЛОШНОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКЕ.

3.1. Общие соображения и допущения.

3.1.1. Метод конечных элементов.

3.1.2. Моделирование процесса холодной ПВП сплошной заготовки методом конечных элементов.

3.1.3. Моделирование процесса горячей ПВП сплошной заготовки методом конечных элементов.

3.2. Радиальные напряжения.

3.3. Осевые напряжения.

3.4. Окружные напряжения.

3.5. Касательные напряжения.

3.6. Эквивалентные напряжения.

3.7. Энергосиловые параметры ПВП.

3.8. Распределение температурных полей заготовки и рабочих валков при различных схемах горячей ПВП.

Выводы.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ СПЛОШНЫХ ИЗДЕЛИЙ (ПОЛУФАБРИКАТОВ) ИЗ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВЫХ СПЛАВОВ (01390, 01391, 01392) МЕТОДОМ ПВП С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.

4.1. Исследование реологических свойств и структуры слитков заэвтектических силуминовых сплавов.

4.2. Выбор основных технологических параметров ПВП для изготовления полуфабрикатов (прутков) с повышенными пластическими свойствами из заэвтектических силуминовых сплавов.

4.3. Исследование фазового состава, морфологии и размеров различных фаз в исходных слитках и прокатанных из них прутков (полуфабрикатов) заэвтектических сплавов.

4.4. Расчет предельной пластичности и универсальной постоянной разрушения прутков из заэвтектических силуминовых сплавов, изготовленных методом ПВП.

Выводы.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ ПРОЦЕССА ПРОШИВКИ ГИЛЬЗ ИЗ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВЫХ СПЛАВОВ.

5.1. Калибровка и выбор профиля прошивных оправок для производства гильз из силуминовых сплавов.

5.2. Определение основных настроечных параметров прошивки гильз из заэвтектических силуминов.

5.3. Технологические параметры прошивки гильз из заэвтектических силуминов и качество гильз.

Выводы.

Глава 6. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМ СТРУКТУРООБ-РАЗОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СИЛУМИНОВ ПРИ ПВП.

6.1. Влияние способов ОМД (прессование и ПВП) на структуру и пластические свойства полученных полуфабрикатов из заэвтектических силуминов.

6.2. Аналитическая зависимость дисперсности (размеров) кристаллов от основных параметров процесса ПВП.

6.3. Зависимость роста пластических свойств заэвтектических силуминов от особенностей их пластического деформирования при ПВП.

6.4. Разработка математической модели кинематики перемещения металла на поверхности обрабатываемой заготовки при ПВП заэвтектических силуминовых сплавов.

6.5. Аналитические исследования кинематики движения внутренних слоев металла при ПВП заэвтектических силуминов.

6.6. Математическая модель зависимости пластических свойств заэвтектических силуминовых сплавов от изменения размеров кристаллов кремния при ПВП . 3 03 Выводы.

Создание долговечных конструкций из высокопрочных материалов, одновременно имеющих достаточно высокие пластические и антикоррозионные свойства, хорошую свариваемость при снижении их весовых характеристик, всегда были предметом поиска ученых-металлургов, конструкторов - создателей новых машин и систем [1, 2, 3] в различных отраслях хозяйства, особенно в таких, как авиационная и космическая промышленность, атомная промышленность, судостроение и т.д. [4].

Одно из важнейших направлений в решении вышеназванных задач состоит в полной или частичной замене высокопрочных, но тяжеловесных стальных сплавов на сплавы, обладающие более высокими удельными прочностными и пластическими свойствами, например, в первую очередь, титановые и высокопрочные алюминиевые сплавы [5-9].

В 1970-80 гг. на ВИЛСе была разработана и с успехом внедрена технология сварки прокаткой для создания целого семейства биметаллических и слоистых материалов типа Al-Ti-Al, И-Сталь-И, А1-Сталь-А1 и др., позволяющие значительно уменьшать вес полученных конструкционных материалов и достичь достаточно высоких прочностных и пластических свойств изделия в целом [10-13].

Изготовление биметаллических, слоистых изделий (а также труб, прутков и др.), помимо снижения веса и повышения удельных прочностных характеристик дает возможность увеличивать коррозионную стойкость изделий из алюминиевых сплавов и их сварных соединений [2,14, 15].

Решению этих же задач способствует еще одно технологическое направление - плакирование слитков и листов. Общеизвестны изделия, полученные этим способом в 70-е годы на ВИЛСе: алюминий, плакированный медью (шины АПМ); алюминий, плакированный силумином (листы АПС, АМЦ ПС), широко применяемые в электротехнике и авиационной промышленности [16, 17].

Повышению коррозионной стойкости металлов и сплавов, обеспечивающему им высокое антикоррозионное сопротивление различным видам коррозии межкристаллитной, щелевой, контактной, коррозионному растрескиванию), способствует нанесение защитных покрытий, химическая и химико-термическая обработка сплавов [17-20].

Возможность регулирования физико-механических свойств, высокие показатели прочности и, особенно, упругости, создают условия для значительного расширения и применения легких сплавов на основе алюминия в композиционном варианте для аэрокосмической техники. Наиболее высокая удельная прочность среди композиционных металлических материалов отмечается у металлов, упрочненных волокнами бора, в частности, у боро-магния, сплава магния, упрочненного борволокном [21, 22].

Для повышения эффективности служебных характеристик алюминиевых сплавов важнейшими задачами продолжают оставаться:

- разработка металлофизических и металловедческих основ создания новых композиций алюминиево-литиевых сплавов и новых технологических процессов получения полуфабрикатов с существенно улучшенным комплексом прочностных, коррозионных и технологических характеристик для, например, магистральной и амфибийной авиации, в том числе, свариваемости этих сплавов, так как сварные конструкции из алюминиево-литиевых сплавов продолжают оставаться важным направлением при создании нового поколения сверхзвуковой авиации [23];

- создание новых сплавов и технологии производства полуфабрикатов из свариваемых сплавов, легированных скандием и внедрение этих сплавов в сварные конструкции летательных аппаратов [19].

Всё более интенсивно ведутся исследования по разработке композиционных материалов с металлической матрицей, в которой используются алюми-ниды титана, а в качестве упрочнителя - частицы и волокна из карбида кремния [20-22].

I Совершенно особое место в вопросах повышения прочностных и пластических свойств металлов занимает в металлургии направление по созданию гранулируемых сплавов [25] и порошковая металлургия [26].

Применение полимерных композиционных материалов на основе углеродных волокон - одно из эффективных средств снижение массы конструкций, повышения эксплуатационной надежности, коррозионной стойкости и др.

Ведутся разработки материалов на основе керамики и металлов, аморфных и микрокристаллических материалов [26].

Проводятся изыскания средств увеличения пластичности при более низких температурах, а также разработки методов получения высококачественных прутков, листов, лент, фольги и технологии изготовления соединений из интерметалл идов, включая сварку и пайку [20].

Исследуются зависимости измельчения литой зеренной структуры алюминиевых сплавов с уменьшением склонности к трещинообразованию при литье слитков и сварке полуфабрикатов, с повышением механических свойств и увеличением коррозионной стойкости алюминиевых сплавов и их сварных соединений [27].

Проектировщики различных конструкций всегда предъявляют к материалам требования высокой удельной прочности и высокой пластичности. Этого можно добиться созданием необходимой структуры, обеспечиваемой определенными схемами деформации и термической обработки для различных полуфабрикатов, а также разработкой специального технологического процесса изготовления деталей из этих сплавов с учетом всех их специфических особенностей.

Наибольшие шансы для широкого внедрения в различные отрасли промышленности, для создания работоспособных систем и конструкций имеют металлы и сплавы, обладающие:

- сочетанием высоких удельных прочностных и пластических свойств;

- склонностью к созданию слоистых и композитных конструкций;

- износостойкостью и коррозионной стойкостью в агрессивных средах;

- термо- и химико упрочняющими свойствами;

- хорошей свариваемостью;

- способностью сохранять прочностные и физико-механические свойства при низких и высоких температурах эксплуатации.

Для достижения этих целей применяются следующие направления и пути реализации:

- создание новых сплавов;

- изыскание новых технологических процессов ОМД и др.;

- разработка новых химико-термических процессов и методов;

- изыскание новых легирующих компонентов, изучение их воздействия на эксплуатационные свойства металлов и сплавов;

- повышение эксплуатационных свойств изделий способом создания биметаллов, слоистых материалов, внедрение способов напыления, анодирования;

- изменение эксплуатационных свойств известных сплавов другими способами.

Настоящая работа посвящена изысканию на основе общих закономерностей напряженно-деформированного состояния металла новых технологических процессов обработки металлов давлением заэвтектических силуминовых труднодеформируемых сплавов, обеспечивающих значительный рост пластических и прочностных свойств при сохранении особых физико-механических характеристик этих сплавов; созданию нового универсального оборудования, обеспечивающего не только кардинальное повышение их пластических свойств, но и изготовление из полученных полуфабрикатов, обладающих повышенными пластическими свойствами, различных изделий (трубы, поршневые пары и др.) другими способами ОМД (прессование, прошивка-раскатка, изотермическая штамповка, ковка и др.) и на этой основе - широкому внедрению заэвтектических силуминов в различные отрасли промышленности.

Автор защищает следующие научные положения:

1. Способ поперечно-винтовой прокатки (трехвалковая схема), обеспечивающий наиболее сложную схему напряженно-деформированного состояния прокатываемого металла, обладающий способностью многоциклического воздействия рабочих валков на заготовку для гарантированного получения мелкозернистой структуры и особым образом послойным её ориентированием в каждом бесконечно малом по толщине слое заготовки - в качестве базового универсального способа для повышения пластических свойств металлов и сплавов, имеющих исходную многофазовую структуру и технологию поперечно-винтовой прокатки слитков заэвтектических силуминов в прутки различных типоразмеров с повышенными пластическими свойствами.

2. Метод трехмерного конечно-элементного моделирования и сравнительный анализ различных схем ПВП для научно-обоснованного выбора наиболее оптимальных параметров технологического процесса ПВП (схема ПВП, углы подачи, величины внешне прилагаемых подпора или натяжения, диаметра рабочих валков, передаточного числа (Г) и т.д.).

3. Методику исследования и сравнительный анализ механизмов структу-рообразования и дробления кристаллов кремния в заэвтектических силуминах при различных способах ОМД (прессование и ПВП).

4. Математические модели (аналитическую зависимость) для определения размеров кристаллов кремния (частиц дробления) заэвтектических силуминов в зависимости от основных технологических параметров ПВП (угол подачи, степень деформации, число удельных циклов воздействия рабочих валков на заготовку на длине очага деформации и кинематики послойного перемещения металла в прокатываемой заготовке.

5. Математическую модель зависимости пластических свойств (S %) заэвтектических силуминов от основных технологических параметров ПВП и размеров кристаллов кремния {А) при деформировании заготовки способом ПВП.

6. Конструкцию универсального стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 с одной рабочей клетью, способного работать с различными схемами ПВП, осуществлять полный технологический цикл производства труб (прокатка прутка, прошивка гильз, раскатка гильз в трубы, калибровка и редуцирование их), производить гладкие и изделия периодического профиля, а также выполнять исследования на различных схемах при совершенно одинаковых технических, технологических и конструкторских параметрах.

7. Технологию прошивки различных типоразмеров труб из заэвтектических силуминов на универсальном стане ПВП 20-60.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. С целью значительного расширения технологических и эксплуатационных возможностей литейных, по своей сути, малопластичных заэвтектических силуминов (с содержанием Si >17+23%), имеющих особые физико-механические свойства, но, вследствие низких их пластических свойств, имеющих ограниченное применение (в основном, фасонное литье), впервые реализовано многократное (почти в 4 раза) повышение их пластических свойств без снижения прочностных свойств.

2. Для реализации задачи превращения малопластичных и, поэтому, труднодеформируемых заэвтектических силуминов в пластически деформируемые, в качестве основного способа ОМД рекомендуется процесс поперечно винтовой прокатки (ПВП) с применением 3-х валковой схемы.

3. Выполнение теоретических, технологических и экспериментальных исследований, направленных на повышение пластических свойств заэвтектических силуминов стало возможным благодаря созданию универсального стана ПВП 20-60, конструктивные основы которого были разработаны автором настоящей работы, а рабочий проект и изготовление в металле выполнены КБ косой прокатки и ЭЗТМ для ЗЛС ВИЛСа (все варианты рабочей клети защищены авторскими свидетельствами).

4. Впервые выполнено трехмерное конечно-элементное моделирование процесса ПВП сплошной заготовки и дан сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния прокатываемой заготовки при различных схемах ПВП (двух-, трех- и четырехвалковая), на основе которого обоснован выбор схемы ПВП и других технологических параметров этого процесса (угол подачи, степень деформации, скорость прокатки и т.д.), подтвердивших принципиальную возможность пластического деформирования малопластичных заэвтектических силуминов способом ПВП.

5. Выполнен комплекс исследований реологических свойств и структуры исходных слитков из заэвтектических силуминов на растяжение и кручение, результаты которых позволили определить температурно-скоростной диапазон

Т°С=470+480°С, е = 0,3^0,5 с"1) горячего деформирования слитков в прутки и другие параметры ПВП, при которых указанные сплавы приобретают максимально возможную пластичность.

6. Впервые получены полуфабрикаты (прутки) из слитков заэвтектических силуминов (01390, 01391, 01392) методом ПВП с использованием трехвалковой схемы прокатки, пластические свойства которых (S и у %) в 2,5+3,5 раз превышают пластические свойства исходных слитков с измельченными кристаллами кремния до 15-40 мкм в прутках благодаря многократному циклическому деформированию при ПВП со степенью деформации б > 32%.

7. Для изучения особенностей воздействия ПВП на структуру и свойства заэвтектических силуминов выполнен комплекс металлографических исследований, включающий изучение фазового состава, морфологии и размеров частиц различных фаз.

8. Изучены и определены основные технологические факторы, характеризующие механизм структурообразования и повышения пластических свойств заэвтектических силуминов при ПВП, в т.ч.:

-степень влияния различных способов ОМД (прессование и ПВП) на структуру и пластические свойства полученных полуфабрикатов, влияние различных схем напряженно-деформированного состояния и кинематических параметров ПВП на процесс дробления кристаллов кремния и структурообразования заэвтектических силуминов при ПВП;

-установлена зависимость дисперсности (размеров) кристаллов кремния от основных параметров процесса ПВП (угол подачи а, степень деформации е, число циклов воздействия рабочих валков на заготовку).

9. Выполнены экспериментальные и аналитические исследования кинематики деформирования заготовки способом ПВП, определены основные параметры геликоидального движения внутренних слоев заготовки (шаг винтовых линий - Sx, угол наклона винтовых линий течения металла к оси заготовки ф) в зависимости от радиуса этих слоев, угла подачи и степени деформации.

10. Впервые на универсальном стане ПВП 20-60 разработана и освоена технология прошивки гильз из предварительно прокатанных прутков заэвтектических силуминов (01390, 01392).

На технологию прокатки прутков и труб из заэвтектических силуминовых сплавов получен патент РФ на изобретение.

11. Возможность широкого использования полуфабрикатов, полученных методом ПВП для последующей обработки другими способами ОМД доказана еще и тем, что на кафедре СПД МГТУ «Станкин» была освоена технология горячей ковки и объемной штамповки деталей сложной конфигурации типа «диск» и «чашка» для автомобиля ВАЗ 32118 из заэвтектического силуминово-го сплава 01392.

Изготовлены опытно-промышленные партии катаных прутков 0 80+90 мм различных сплавов для передачи заказчикам и получения из них методом изотермической штамповки поршней с повышенной износостойкостью для двигателей в авиа- и автомобилестроении.

12. Результаты выполненной работы открывают перспективу широкого применения в промышленности заэвтектических силуминов с применением высокопроизводительных методов ОМД вместо трудоемких литейных технологий.

1. Новые материалы и технологии получения изделий для авиационной техники: Учебн.пособие / Под ред. А.Г. Братухина, О.Х. Фаткуллина. Москва, 1996. -166 с.

2. Братухин А.Г. Современные авиационные материалы: технологические и функциональные особенности: Учебн. пособие. -М.: Авиатехинформ, 2003. -440 с.

3. Новые конструкционные и функциональные материалы и возможность их более широкого применения / А.Г. Братухин, Р.Е. Шалин, А.Г. Ромашин и др. -М.: Политехника, 1992. -55 с.

4. Физико-механические свойства легких конструкционных сплавов / Б.А. Калачев, С .Я. Бецофен, JI.A. Бунин, В. А. Володин. -М.: Металлургия, 1995. -288 с.

5. Авиационные материалы на рубеже XX-XXI веков: Научно-техн. сб. / Подред. Р.Е. Шалина. -М.: ВИАМ, 1994. -603 с.

6. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Легирующие сплавы и стали с титаном. -М.: Металлургия, 1985. -232 е., ил.

7. Полуфабрикаты из титановых сплавов / В.К. Александров, Н.Ф. Аношкин, А.П. Белозеров и др. -М.: ВИЛС, 1996. -581 с.

8. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов / Г.А. Балахон-цев, Р.И. Барбанель, Б.И. Бондарев и др. -М.: Металлургия, 1985. -352 с.

9. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов: Учебник для ВУЗов. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998. -561 с.

10. Производство и применение слоистого металла Al-Cu для шинопроводов бортовых систем самолетов / Н.И. Корягин, Ю.М. Сигалов, А.И. Эрлих, В.М. Пелецкий // Авиационная промышленность. -1976. -№ 2. -С.64-68.

11. Белов А.Ф., Демченков Г.Г., Куракин А.К. Биметаллический конструкционный материал. Титано-алюминиевые сплавы // Технология легких сплавов. -1975. -№1. -С.72-75.

12. Король В.К., Лукашкин Н.Д., Басова И.Г. Технология изготовления биметаллических листов Х18Н10Т-АМг6 // Обработка металлов и сплавов давлением.-М.: ВИЛС, 1965. -С.168-177.

13. Корягин Н.И. Слоистые листы и панели с каналами // Авиационная промышленность. -1976. -№ 5. -С.72-73.

14. Перлин И.Л. Теория прессования металлов. -Москва: Металлургия. 1964. -344 с.

15. Иванов И.И., Ципулин И.П. Изготовление биметаллических прутков и проволоки из алюминиевых сплавов // Сб. трудов МАТИ. -1963. -Вып.57. -С.25-29.

16. Корягин Н.И., Король В.К. Прокатка многослойных листов // Алюминиевые сплавы. Производство полуфабрикатов из алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1971. -С.181-191.

17. Металловедение. Термическая и химико-термическая обработка сплавов: Сб.науч.труд. / Под ред. Б.Н. Арзамасова. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2003. -248 е.: ил.

18. Научные основы материаловедения / Под ред. Б.Н. Арзамасова. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1994. -336 с.

19. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. 3-е изд. -М.: МИСиС-издат, 1999. -416 с.

20. Полькин И.С. Упрочняющая термическая обработка титановых сплавов. -М.: Металлургия, 1984. -96 с.

21. Слоисто-волокнистые металлополимеры / А.Г. Братухин, Р.Е. Шалин, Е.Б. Качанов и др. // Металлы. -1995. -№1. -С. 138-142.

22. Композиционные материалы / Под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тер-нопольского. -М.: Машиностроение, 1990. -510 с.

23. Фридляндер И.Н., Братухин А.Г., Давыдов В.Г. Алюминиево-литиевый сплав для сварных авиационных конструкций // Автоматическая сварка. -1992. -№6, -С.33-34.

24. Братухин А.Г., Редчиц В.В., Лукин В.И. Перспективы использования алюминиево-литиевых сплавов для штампосварочных конструкций летательных аппаратов // Сварочное производство. -1996. -№7. -С. 18-21.

25. Белов А.Ф., Аношкин Н.Ф., Фаткуллин О.Х. Структура и свойства гранулируемых никелевых сплавов. -М.: Металлургия, 1984. -127 с.

26. Бодров Г.В., Митин Б.С. Порошковая металлургия. -М.: Металлургия, 1985, -276 с.

27. Новиков И.И., Портной В.К. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном. -М.: Металлургия, 1981. -167 с.

28. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. -М.: Металлургия, 1984. -360 с.

29. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ.ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -648 е., ил.

30. Справочник по конструкционным материалам: Справочник / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов и др.; Под редакцией Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. -640 е., ил.

31. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. -М.: Металлургия. 1977. -270 с.

32. Eskin G.I. Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts. Amsterdam: Gordon & Breach Sciences Publishers, 1988, -334 p.

33. Эскин Г.И., Пименов Ю.П. Коррозионно-стойкие свариваемые заэвтекти-ческие силумины для нефтегазового комплекса // Технология легких сплавов. ВИЛС. -1997. -№6. -С.27-32.

34. Патент РФ № 2092604, МПК 6 С 22 С 21/04. Гетерогенный сплав на основе алюминия. Приоритет от 11.04.1996 / Г.И. Эскин, Д.Г. Эскин, Ю.П. Пименов и др. // Б.И. -1997. -№28.

35. Особенности горячего прессования заэвтектических силуминов / А.Н. Елисеев, В.Н. Щерба, Г.И. Эскин, Ю.П. Пименов // Известия ВУЗов. Цветная металлургия. -1996. -№4. -С.25-29.

36. Технология металлов и материаловедение / Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова, А.В. Третьяков и др. -М.: Металлургия, 1987, -903 е., ил.

37. Эскин Г.И., Пименов Ю.П. Получение деформированных полуфабрикатов из заэвтектических силуминов. Технология легких сплавов. -1996. -№2. -С.51-56.

38. Эскин Г.И. Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия. -М.: Металлургия, 1988. -232 с.

39. Мальцев М.В. Модифицирование структуры металлов и сплавов. -М.: Металлургия, 1964. -214 е., ил.

40. Расширение сырьевой базы производства алюминиевых сплавов / А.А. Вертман, Г.И. Эскин, Г.С. Макаров, Ю.П. Пименов // Технология легких сплавов. -1995. -№5. -С.9-18.

41. Структура и фазовый состав заэвтектических силуминов, предназначенных для деформирования / Д.Г. Эскин, M.JL Характерова, Г.И. Эскин, Ю.П. Пименов // Металлы. -1997. -№2. -С.91 -98.

42. Тарарышкин В.И., Пименов Ю.П., Эскин Г.И. Выбор модификаторов для измельчения структуры заэвтектических силуминов // Технология легких сплавов. -1997. -№3. -С.28-32.

43. Пименов Ю.П., Тарарышкин В.И., Эскин Г.И. Оптимизация технологии плавки и модифицирования заэвтектических силуминов // Технология легких сплавов. -1997. -№3. -С. 17-23.

44. Добаткин В.И., Эскин Г.И. Металловедение алюминиевых сплавов. -М.: Наука, 1985. -239 с.

45. Альтман М.Б. Эскин Г.И., Гоцев А.С. Легирование и обработка легких сплавов. -М.: Наука, 1981. -213 с.

46. Щерба В.Н., Райтбарг Л.Х. Теория и технология металлов. -М.: Металлургия, 1995. -331 с.

47. Райтбарг J1.X. Производство прессованных профилей. -М.: Металлургия, 1984. -264 с.

48. Гун Г.Я., Яковлев В.И., Прудковский Б.А. Прессование алюминиевых сплавов. -М.: Металлургия, 1974. -356 с.

49. Емельяненко П.Т. Теория косой и пилигримовой прокатки. -М.: Метал-лургиздат, 1949. -491 е., ил.

50. Смирнов B.C. Поперечная прокатка. -М.: Машгиз, 1948. -195 е., ил.

51. Трехвалковые прошивные станы: Обзор / И.Г. Гетия, J1.H. Скоробогат-ская, М.А. Левшунов и др. -М.: Центральный НИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии, 1975. -21 е., ил.

52. Лисочкин А.Ф. Поперечная прокатка// Сталь. -1946. -№6. -С.378-385.

53. Дубровский И.В., Матлахов Л.И. Расположение оправки и образование плен на трубах // Сталь. -1947. -№7. -С.626-629.

54. Смирнов B.C. Поперечная прокатка в машиностроении. -М.: Машгиз, 1957. -375 с.

55. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. -М.: Метал-лургиздат, 1962. -494 с.

56. Казанская И.И., Милютин С.П. Трехвалковые станы с подпором // Металлургическое машиностроение / НИИИНФОРМТЯЖМАШ. -1965. -№3. -С. 13-20.

57. А. с. 214478 СССР, МКИ В21в. Рабочая клеть трехвалкового прошивного стана / И.К. Тартаковский, П.М. Финагин, П.И. Полухин и др. // Открытия, промышленные образцы, товарные знаки. -1968. -№12.

58. Целиков А.И., Зюзин В.И. Современное развитие прокатных станов. -М.: Металлургия. -1972. -399 е., ил.

59. Трехвалковые станы винтовой прокатки для производства периодических профилей круглого сечения / А.И. Целиков, В,А. Жаворонков, И.К. Шафран и др. //Сталь. -1970. -№5. -С.424-427.

60. Целиков А.И., Муконин В.Ф., Малиновский П.С. Станы для производства точных заготовок машиностроительных деталей // Труды ВНИИМЕТМАШ. -1978. -№55. -С.80-94.

61. Фомичев И.А., Сай Н.Ф., Румянцев Б.Ф. Прокатка труб из алюминиевых сплавов на трубопрокатных установках // Цветные металлы. -1959. -№6. -С.75-79.

62. Чаликов В.В. Исследование процесса винтовой прокатки тел вращения из высокопрочных алюминиевых сплавов на трехвалковых станах: Дисс. канд. техн. наук. -М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1970. -230 с.

63. Освоение поперечно-винтовой прокатки труб из титана / В.Я. Шапиро, И.Л. Годин, Ю.Ф. Лузин и др. // Цветные металлы. -1978. -№6. -С.61-64.

64. Прошивной стан для труб из алюминиевых сплавов / В.Я. Шапиро, И.К. Тартаковский, А.К. Афанасьева и др. // Цветная металлургия. -1979. -№4. -С.40-42.

65. Прошивка в двухвалковом стане слитков сплава Д16 / В Л. Шапиро, А.К. Афанасьева, Н.А. Беляков и др. // Цветные металлы. -1978. -№2. -С.61-64.

66. Галкин С.П., Харитонов Е.А., Михайлов В.К. Реверсивная радиально-сдвиговая прокатка // Труды Пятого конгресса прокатчиков. -Череповец, 2003.-С. 339-342.

67. Вакуумные прокатные станы / А.В. Крупин, Б.Л. Линецкий, Ю.Л. Зара-пин и др. -М.: Металлургия, 1973. -232 с.

68. Технология и оборудования для обработки тугоплавких металлов / А.П. Коликов, П.И. Полухин, А.В. Крупин и др. -М.: Металлургия, 1982. -328 с.

69. Специальные прокатные станы / А.И. Целиков, М.В. Барбарич, М.В. Ва-сильчиков и др. -М.: Металлургия, 1971. -333 с.

70. Потапов И.Н., Полухин П.И. Новая технология винтовой прокатки. -М.: Металлургия, 1975. -344 с.

71. Бретшнайдер Э., Мюллер Г., Фрик Ю. Планетарный стан поперечно-винтовой прокатки новое направление в деформации с большими обжатиями // Черные металлы. -1973. -№20. -С.29-35.

72. Кулеса Г., Герхардс Д., Голубчик Р.М. Экономичное производство высококачественных бесшовных труб с применением четырехвалкового раскатного планетарного стана KRM // Труды Пятого конгресса прокатчиков. -Череповец,2003. -С.290-292.

73. А.с. № 341544 СССР, МКИ В21в 19/00. Клеть косовалкового стана / А.Ф. Белов, Е.И. Панов и др. // Б.И. -1972. -№25.

74. А.с. № 348250 СССР, МКИ В21в 19/60. Рабочая клеть трубопрокатного стана / Г.Д. Стыркин, И.Н. Потапов, П.И. Полухин, Е.А. Волчков, В.Я. Шапиро, Е.И. Панов и др. // Б.И. -1972. -№25.

75. А.с. № 519240 СССР, МКИ В21в 39/00. Устройство подачи заготовки в рабочую клеть прокатного стана / П.И. Ермолаев, А.П. Подкуйко, П.М. Финагин и др. // Б.И. -1976. -№24.

76. А.с. № 605651 СССР, МКИ В21в 19/00. Рабочая клеть стана поперечно-винтовой прокатки / П.И. Ермолаев, Б.И. Самохин и др. // Б.И. -1978. -№17.

77. Новый технологический инструмент для поперечно-винтовой прокатки прутков / О.Ю. Ильин, И.К. Тартаковский, Б.И. Самохин и др. // Технология легких сплавов. -1983. -№8. -С.39-42.

78. Грановский С.П., Мехов Н.В., Майзелис Г.С. Прокатка профилированных труб // Сталь. -1965. -№1. -С.53-55.

79. Грановский С.П., Мехов Н.В., Майзелис Г.С. Новый стан для прокатки профилированных трубных заготовок для втулочных изделий // Вестник машиностроения. -1969. -№2. -С.53-54.

80. Ильин О.Ю., Панов Е.И., Шапиро В.Я. Разработка конструкции оборудования и освоение поперечно-винтовой прокатки легких сплавов // Технология легких сплавов. -2000. -№5. -С.39-46.

81. Афанасьева А.К., Телешов В.В., Козлова О.М. Структура и свойства труб из алюминиевых сплавов, изготовленных прошивкой на косовалковых станах // Металловедение и термическая обработка металлов. -1978. -№1. -С.56-59.

82. Качество прутков из титановых сплавов, полученных различными методами / В.Я. Шапиро, Ю.П. Гриценко, С.А. Кушакевич и др. // Цветные металлы.-1979.-№1.-С.61-63.

83. Прошивка гильз из слитков алюминиевых сплавов с улучшенным качеством поверхности на двухвалковом стане / Е.И. Баранчиков, В.Я. Шапиро, В.А. Ишунькин и др. // Цветная металлургия. -1979. -№6. -С.46-48.

84. Коробщиков В.Г., Гриценко Ю.П., Шапиро В.Я. Сравнение качества прутков ВТЗ-1, полученных продольной и винтовой прокаткой // Цветные металлы.-1985.-№8. -С.101-103.

85. Влияние радиально-сдвиговой прокатки на качество полуфабрикатов из титановых сплавов / Е.А. Харитонов, И.Н. Потапов, И.З. Вольшонок и др. // Цветные металлы. -1992. -№5. -С.56-57.

86. Панов Е.И., Ильин О.Ю. О качестве прутков и труб из легких сплавов, полученных поперечно-винтовой прокаткой // Технология легких сплавов. -2001. -№2. -С.27-31.

87. Панов Е.И., Ильин О.Ю. Расширение технологических возможностей универсального стана поперечно-винтовой прокатки ПВП 20-60 // Технология легких сплавов. -2002. -№2. -С.41-52.

88. Зибель Э. Обработка металлов в пластическом состоянии. -М.: Метал-лургиздат, 1934. -198 с.

89. Финкельштейн Я.С. Оценка и моделирование прошиваемости при косой прокатке // Теория прокатки. -М.: Металлургиздат, -1962. -С.710-714.

90. Смирнов B.C. Теория прокатки. -М.: Металлургия, 1967. -460 с.

91. Смирнов B.C., Анисифоров П.В., Васильчиков В.М. Поперечная прокаткав машиностроении. -М.: Машгиз, 1957. -375 с.

92. Осадчий В.Я. Вскрытие полости при прокатке в 3-х валковом стане косой прокатки // Современные достижения прокатного производства. -JL: ЛПИ, 1959. -Т.П. -С.282-291.

93. Фомичев И.А. Деформация металлов в станах косой вальцовки // Сталь. -1936. -№11. -С.45-54.

94. Фомичев И.А. Косая прокатка. -Харьков: Металлургия, 1963. -262 с.

95. Швейкин В.В. Об образовании полости при косой прокатке // Теория прокатки. -М.: Металлургиздат, 1962. -С.681-687.

96. Северденко В.П., Каледин В.А. О напряженном состоянии при поперечной ковке // ДАН БССР. -1963. -Т.7, №5. -С.320-323.

97. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушения. -М.: Металлургия, 1970. -230 с.

98. Колмогоров В.Л. К разрушению при поперечной прокатке и ковке // Известия ВУЗов. Черная металлургия. -1963. -№11. -С.123-126.

99. Лисочкин А.Ф. Поперечная прокатка // Сталь. -1946. -№6. -С.378-385.

100. Никулин А.Н. Определение напряженного состояния металла при винтовой прокатке // Металлы. -1997. -№6. -С.58-63.

101. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. -М.: Металлургиздат, 1960.-Т. 1.-376 е., ил.

102. Губкин С.И., Добровольский С.И., Бойко Б.Б. Фотопластичность. -Минск, АН БССР, 1957. -166 е., ил.

103. Смирнов B.C., Никулин А.Н. О характере деформации металла при косой прокатке // Физика и химия обработки материалов. -1975. -№1. -С.100-104.

104. Тетерин П.К. Теория поперечно-винтовой прокатки. -М.: Металлургия, 1971.-368 с.

105. Жаворонков В.А., Марков Ю.А. Исследование нормальных контактных напряжений при поперечной и винтовой прокатке сплошных и полых заготовок // Труды МВТУ. -1974. -№176, Выпуск IV. -С.73-85.

106. Жаворонков В.А., Чаликов В.В. К вопросу определения давления металла на валки и расхода энергии при винтовой прокатке в трехвалковых станах // Труды МВТУ. -1974. -№176. -Машины-автоматы и прокатное производство. Выпуск IV. -С.93-101.

107. Степанский А.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. -М.: Машиностроение, 1979. -215 с.

108. Объемные задачи теории прокатки / А.И. Целиков, В.К. Белянинов, И.Н. Ананьев, В.В. Калмыков // Труды МВТУ. -1984. -№412. -Машины и агрегаты металлургического производства. -С. 8-24.

109. Расчет энергосиловых параметров и формоизменения при прокатке в черновых клетях широкополосных станов методом конечных элементов /В.В.

110. Калмыков, И.Н. Ананьев, В.К. Белянинов и др. // Труды МВТУ. -1984. -№412. -С.57-67.

111. Трехмерное конечно-элементное моделирование процесса поперечно-винтовой прокатки сплошной заготовки / Е.И. Панов, А.А. Восканьянц, А.В. Иванов и др. // Технология легких сплавов. -2001. -№5-6. -С.54-59.

112. Панов Е.И. Создание универсального стана поперечно-винтовой прокатки и исследование технологических режимов его работы: Дисс. . канд. техн. наук. -М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. -217 с.

113. А.И. Целикова. -Москва, 2004. -С.332-340.

114. Чумаченко Е.Н., Александрович А.И. Применение метода конечных элементов в расчетах узлов металлургических машин и в задачах обработки металлов давлением: Учебное пос. -М.: Изд-во МВТУ, 1989. -71 с.

115. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. -М.:1. Мир, 1975.-542 с.

116. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов: Пер. с англ. -М.: Мир, 1979. -480 с.

117. Иванов А.В., Восканьянц А.А. Моделирование процесса холодной продольной прокатки в гладких валках // Сборник трудов Первой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH / Под ред. А.С. Шадского. -М., 2002. -С.250-255.

118. Муйземнек А.Ю. Расчет в ANSYS поврежденности металла при радиальном обжатии толстостенной трубы // Сборник трудов Первой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH / Под ред. А.С. Шадского. -М., 2002. -С.308-311.

119. Малинин Н.Н. Технологические задачи пластичности и ползучести. -М.: Высшая школа, 1979. -118 с.

120. Рыбин Ю.И., Рудской А.И., Золотев A.M. Математическое моделирование и проектирование технологических процессов обработки металлов давлением. -Спб.: Наука, 2004. -644 е., ил.

121. Zienkiewicz О.С. Numerical analysis of Forming Process Swansa // J.Wiley and Sons. -1984. -№2. -P.l-44.

122. Pietzuk M., Lenard J.G. Thermal-Mechanical Modeling of the Flat Rolling Processes. -Berlin: Springer-Verlag, 1991. -239 p.

123. Галлагер P. Метод конечных элементов. -M.: Мир, 1988. -344 с.

124. Hallguist J.O. LS-DYNA Theoretical Manual. -Livermore: LSTC, 1988. -497 p.

125. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справ, изд. Пер. с нем. -М.: Металлургия, 1982. -360 с.

126. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. (Теория пластичности): Учебник для вузов. -М.: Металлургия, 1980. -456 с.

127. Справочник машиностроителя / М.С. Анцыферов, К.В. Астахов, М.П. Вукалович и др.; Под ред. Н.С. Ачеркан. -М.: Машиностроение, 1966. -558 с.

128. Панов Е.И. Некоторые аспекты напряженно-деформированного состояния заготовки при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2003. -№12. -С.34-38.

129. Панов Е.И. Поперечно-винтовая прокатка сплошной заготовки: радиальные напряжения // Металлург. -2004. -№1. -С.33-40.

130. Фомичев И.А. Деформация металлов в станах косой вальцовки // Сталь.-1936. -№11. -С.45-54.

131. Васильев М.В., Волков М.М. Поперечно-винтовая прокатка изделий с винтовой поверхностью. -М.: Машиностроение, 1968. -142 е., ил.

132. Швейкин В.В. Об образовании полости при косой прокатке // Теория прокатки. -М.: Металлургиздат, 1962. -С.681-687.

133. Новые исследования поперечно-винтовой прокатки и внедрение ее в машиностроение / А.И. Целиков, С.П. Грановский, М.В. Васильчиков и др. // Новые процессы обработки металлов давлением. -М.: Изд-во АН СССР, 1962. -С.5-28.

134. Панов Е.И. Зависимость радиальных напряжений, возникающих в заготовке, от схем поперечно-винтовой прокатки и усилия натяжения // Металлург. -2004. -№2. -С.32-39.

135. Панов Е.И. Влияние подпора и натяжения на радиальные напряжения при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2004. -№4. -С.50-57.

136. Налимов В.В. Теория эксперимента. -М.: Наука, 1971. -208 с.

137. Горский В.Г., Адлер Ю.П., Талалай A.M. Планирование промышленных экспериментов. -М.: Металлургия, 1978. -112 с.

138. Маркова Е.В., Рохваргер А.Е. Математическое планирование химического эксперимента. -М.: Знание, 1971. -32 с.

139. Ахназарова C.JI. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. -М.: Высшая школа, 1985. -327 с.

140. Зажигаев JI.C. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. -М.: Атомиздат, 1978. -231 с.

141. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. -М.: Машиностроение, 1981. -185 с.

142. Теория прокатки. Справочник / А.И. Целиков, А.Д. Томленов, Г.С. Никитин и др. -М.: Металлургия, 1982. -335 с.

143. Панов Е.И. Напряженно-деформированное состояние заготовки при поперечно-винтовой прокатке: осевые напряжения // Металлург. -2004. -№7. -С.48-53.

144. Панов Е.И. Влияние усилий подпора и натяжения на осевые напряжения при поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2004. -№8. -С.59-64.

145. Кремний. Свойства элементов: Справочник. -М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. -Т.1. -С.267-294.

146. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. -М.: Металлургия, 1983. -352 с.

147. Микляев П.Г. Механические свойства легких сплавов при температурах и скоростях обработки давлением. -М.: Металлургия, 1994. -288 с.

148. Панов Е.И. Окружные напряжения при поперечно-винтовой прокатке с осевым подпором // Технология легких сплавов. -2005. -№1- 4. -С.150-156.

149. Панов Е.И. Исследования окружных напряжений при поперечно-винтовой прокатке с натяжением // Технология легких сплавов. -2006. -№1-2. -С. 169-176.

150. Панов Е.И. Зависимость окружных напряжений от схем поперечно-винтовой прокатки и совместного воздействия на заготовку усилий подпора и натяжения // Технология легких сплавов. -2006. -№4. -С.32-36.

151. Панов Е.И. Влияние технологических параметров поперечно-винтовой прокатки на величину окружных напряжений, возникающих в сплошной заготовке // Металлург. -2005. -№3. -С.47-52.

152. Панов Е.И. Касательные напряжения и их зависимость от различных технологических параметров при поперечно-винтовой прокатке сплошных заготовок // Металлург. -2005. -№7. -С.45-54.

153. Панов Е.И., Осадчий В.Я. Напряженно-деформированное состояние металла при двух- и трехвалковой схемах поперечно-винтовой прокатки // Труды пятого конгресса прокатчиков. -Череповец, 2003. -С.320-334.

154. Осадчий В.Я., Панов Е.И., Ковалев Д.А. Освоение универсального стана поперечно-винтовой прокатки для производства прутков и труб // Технологические процессы в машино- и приборостроении: Сборник научных трудов МГАПИ. -Москва, 2004. -С.83-86.

155. Получение прутков повышенного качества из заэвтектических силуминов поперечно-винтовой прокаткой / Е.И. Панов, Г.И. Эскин, А.А. Восканьянц, О.Ю. Ильин //Металлург. -2002. -№8. -С.43-44.

156. Eskin G.I. Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts. London: Gordon & Breach Sciences Publishers, 1998. -334 p.

157. Эскин Г.И., Панов Е.И. Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и свойства заэвтектических силуминов разной шихтовой основы // Цветные металлы. -2002. -№9. -С.85-89.

158. Микляев П.Г. Механические свойства легких сплавов при температурах и скоростях обработки давлением: Справочник. -М.: Металлургия, 1994. -280 с.

159. Тиньгаев А. К. Уравнение предельной пластичности металла при сложном напряженном состоянии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2002. -Т.68. -№11, -С.37-42.

160. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. Изд. 2-е, пер. и доп. -М.: Металлургия, 1983.-351 с.

161. Колмогоров B.JI. Численное моделирование больших пластических деформаций и разрушения металлов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. -2003. -№2. -С.4-16.

162. Автоматическая установка для испытаний на кручение при высоких скоростях нагружения / А.М. Галкин, Н.А. Мочалов, Д.Ю. Парфенов и др. // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2000. -Т.66. -№1. -С.55-57.

163. Панов Е.И., Эскин Г.И., Коньков А.О. Производство прутков из трудно-деформируемого заэвтектического силуминового сплава 01390 на универсальном стане поперечно-винтовой прокатки // Труды Пятого конгресса прокатчиков. -Череповец, 2003. -С.334-338.

164. Панов Е., Эскин Г. Поперечно-винтовая прокатка заэвтектических силуминов: реология, структура, свойства // Национальная металлургия. -2004. -№3. -С.83-89.

165. Панов Е.И., Эскин Г.И. Исследование реологических свойств трудноде-формируемого силумина марки 01390 при растяжении // Цветные металлы. -2004. -№6. -С.97-103.

166. Панов Е.И., Эскин Г.И. Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и свойства заэвтектических силуминов // Металловедение и термическая обработка металлов. МиТОМ. -2004. -№9. -С.7-13.

167. Особенности структуры прутков из заэвтектического силумина марки 01390, полученных методом поперечно-винтовой прокатки / Е.И. Панов, Г.И. Эскин, Л.Б. Бер, Л.Г. Климович // Технология легких сплавов. -2004. -№5. -С.43-49.

168. Шелехов Е.В., Свиридова Т.А. Программы для рентгеновского анализа поликристаллов//МиТОМ. -2000. -№8. -С. 16-19.

169. Смитлз К.Дж. Металлы: Справочное издание, -М.: Металлургия, 1980. -447 с.

170. Бер Л.Б., Вайнблат Ю.М. Анализ уширения селективных отражений на рентгенограммах качания // Заводская лаборатория. -1971. -№9. -С. 1081 -1085.

171. Вайнблат Ю.М. Диаграммы структурных состояний и карты структур алюминиевых сплавов // Известия АН СССР. Металлы. -1982. -№2. -С.82-89.

172. Вайнблат Ю.М. Структурные состояния полуфабрикатов из деформируемых алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. -1992. -№8, -С.34-38.

173. Исследование реологических свойств алюминиевого сплава 01390 в условиях прокатки на стане ПВП 20-60 / Е.И. Панов, А.О. Коньков, A.M. Галкин, Г.И. Эскин //Заводская лаборатория. -2005. -№10. -Т.71. -С.57-58.

174. Патент РФ № 2262997, МПК 7 В 21 В 3/00. Способ производства полуфабрикатов из заэвтектических силуминов. Приоритет изобретения 25 августа 2004 г. Панов Е.И., Эскин Г.И., Ильин О.Ю., Осадчий В .Я. // Б.И. -2005. -№30.

175. Александров А.В., Потапов В.Д., Державин Б.П. Сопротивление материалов: Учебник для ВУЗов. -2-е изд. исп. -М.: Высшая школа, 2001. -560 е., ил.

176. Тетерин П.К. Калибровка оправок прошивных станов // Обработка металлов давлением. -1954. -Выпуск 3. -С.254-267.

177. Швейкин В.В. Рациональная форма оправки прошивного стана // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. -1960. -№8. -С.81-87.

178. Смирнов B.C., Невижин М.Ф. Влияние формы оправки и валков на основные параметры процесса прошивки // Труды ЛПИ. -1959. -№203. -С.58-71.

179. Орлов С.И. Пути совершенствования калибровки оправок прошивных станов // Производство сварных и бесшовных труб. -1965. -Выпуск 4. -С.66-74.

180. Данилов Ф.А., Глейберг А.З., Балакин Г.В. Горячая прокатка и прессование труб. -М.: Металлургия, 1972. -591 с.

181. Потапов И.Н., Ольховой В.Г. Пластическая деформация металлов и сплавов// Сб. МИСиС. -1972. -№71. -С.138-144.

182. Панов Е.И. Особенности прошивки гильз из заэвтектических силуминовых сплавов на универсальном стане ПВП 20-60 // Металлург. -2006. -№2. -С.65-71.

183. Панов Е.И. Повышение пластических свойств заэвтектических силуминовых труднодеформируемых сплавов методом поперечно-винтовой прокатки // Металлург. -2004. -№6. -С.66-69.

184. Панов Е.И. Новое о механизме структурообразования и повышения пластичности заэвтектических силуминов в условиях поперечно-винтовой прокатки // Перспективные технологии легких и специальных сплавов: Сб. -М.: Физматлит, 2006. -С. 162-179.

185. Панов Е.И., Осадчий В.Я. Особенности формирования структуры малопластичных заэвтектических силуминов при поперечно-винтовой прокатке // Производство проката. -2006. -№7. -С.25-32.

186. Галкин С.П. Траектория движения деформируемого металла как основа управления процессами радиально-сдвиговой и винтовой прокатки // Сталь. -2004. -№7. -С.63-66.

187. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. -М.: Машгиз, 1978. -368 с.

188. Драбкин Л.Г. Экспериментальное исследование конечного пластического формоизменения на многослоистом металле // Труды ЛВМИ. -1954. -№1. -С.161-191.

189. Прокатное производство / П.И. Полухин, Н.М. Федосов, А.А. Королев, Ю.М. Матвеев. -М.: Металлургия, 1982. -696 е., ил.

190. Панов Е.И. Основные факторы, влияющие на механизм структурообразования и повышения пластических свойств заэвтектических силуминов при трехвалковой поперечно-винтовой прокатке // Металлург. -2006. -№4. -С.69-75.

191. Панов Е.И. Влияние основных параметров поперечно-винтовой прокатки на пластические свойства заэвтектических силуминовых сплавов // Металлург. -2006. -№5. -С.72-74.

192. Панов Е.И. Математическая модель перемещения слоев металла при поперечно-винтовой прокатке заготовки из заэвтектических силуминов // Металлург. -2006. -№6. -С.57-59.

193. Панов Е.И. Влияние кинематики процесса поперечно-винтовой прокатки на дисперсность структуры заэвтектических силуминов // Металлург. -2006. -№8. -С.68-72.I