автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Технологии получения дифференциальной прокаткой металлических листов с различной симметрией текстур

?ГБ ОД

„ з о т да

На правах рукописи

МИШНЕВ Сергей Васильевич

ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОКАТКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ С РАЗЛИЧНОЙ СИММЕТРИЕЙ ТЕКСТУР

05.16.06 - порошковая металлургия и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Красноярск-2000

Работа выполнена в Красноярском государственном техническом университете

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук,

профессор

Талашкевич ИЛ.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор

Крушенко Г.Г.

кандидат технических наук, профессор

Гилевич Ф.С.

Ведущая организация -

ПО «ИСКРА»

Защита состоится 4 мая 2000 года, в 16 часов в ауд. Г2-01 на заседании диссертационного совета Д 064.54.02 в Красноярском государственном техническом университете по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26. Тел. (8-3912) 49-79-90,49-76-19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного технического университета.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, с подписью составителя, заверенные печатью организации, просим направлять по указанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан 4 апреля 2000 г.

Учёный секретарь

К£21.001.22,0

диссертационного совета к.т.н., доцент

Сильченко П.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. До самого последнего времени считалось, что физико-механические свойства полуфабрикатов и эксплутационные характеристики готовых изделий закладываются на уровне изготовления материалов. Сегодня нашла признание точка зрения, что окончательные физико-механические свойства полуфабрикатов и эксплутационные характеристики готовых изделий формируются на этапах их технологического передела. При взаимодействии анизотропных полей напряжения с поликристаллическими материалами появляются динамические структуры, ответственные за физико-механические свойства полуфабрикатов и изделий. Одной из наиболее важных динамических структур является текстура. В поликристаллических материалах под текстурами понимают статистическую упорядоченность кристаллитов в объёме материала своими кристаллографическими направлениями и плоскостями. Наличие текстуры в ноликристаллических материалах приводит как следствие из-за естественной анизотропии монокристаллических зёрен к наведённой в нём анизотропии физико-механических свойств. Структура текстуры также ответственна за реальность проявления геометрической и структурной (текстурной) составляющих пластической деформации, что приводит к относительности пластичности и прочности одного и того же материала и т.д. Классическим примером эффективного использования текстуры в создании материала с оптимальными эксплутационными характеристиками является трансформаторная сталь. Другим, противоположным, также классическим примером, где наличие кристаллографической текстуры играет отрицательную роль, является пример с вытяжкой цилиндрического стакана из металлического листа. Перечисленные выше примеры получения и применения текстурированных материалов далеко не исчерпывают всего многообразия текстур и все способы их применения в народном хозяйстве. Таким образом, проблема получения новых текстурированных материалов (изделий) с

необходимыми физико-механическими свойствами, является одной из актуальных проблем промышленности. Однако в настоящий момент, все исследования и применения текстурированных материалов были ограничены двумя видами текстур, а именно текстурами листа и проволоки. Разработка и применение специального системного анализа на основе обобщённого принципа симметрии Шубникова-Кюри, позволяет значительно расширить класс текстурированных материалов, что создаёт условия для оптимального решения задач дальнейшего повышения качества полуфабрикатов и изделий металлообрабатывающей, электро- и радиотехнической промышленности, эффективного их использования в приборо- и машиностроении.

Цель работы. Разработать технологии получения дифференциальной прокаткой металлического листа с различной симметрией текстур, используя которые можно решать вопросы по оптимизации эксплутационных характеристик изделий.

Основные -задачи. Для достижения поставленной цели погребовалось решить следующие задачи:

1. Провести специальный анализ обобщенного принципа симметризации Шубникова на геометрическом и физическом уровнях;

2. Рассмотреть способы обработки материалов давлением как системы, установить их основные элементы и найти тождественные им симметрийные характеристики;

3. Найти и изучить взаимосвязи между формой тензоров и соответствующими их группами симметрии;

4. Исследовать взаимосвязь и различие между структурами полей напряжения и характеризующими их тензорами напряжения;

5. Выявить условия реализации гомогенных полей напряжения с помощью различных способов обработки металлов давлением;

6. Установить содержание и различие исходного (потенциального) и рабочего полей напряжения;

7. Определить технологические параметры, обеспечивающие получение продольной прокаткой и прокаткой-волочением металлических листов с текстурами, структура которых подобна структуре рабочих гомогенных полей напряжения;

8. Проанализировать структуры полей напряжения и найти характеризующие их группы симметрии для продольной прокатки и прокатки-волочения;

9. Выяснить правила моделирования технологических схем, которые обеспечивают эффекты симметризации на гомогенном уровне.

Научная новизна. На качественно новом уровне, с помощью системного метода, разработанного на основе принципа симметризации-диссимметризации Шубникова-Кюри, исследован технологического процесса продольной прокатки и прокатки-волочения, рассматриваемых как системы.

Автором диссертации впервые получены следующие основные результаты:

1. Определены группы симметрии потенциальных полей напряжения процессов продольной прокатки и прокатки-волочения;

2. Сформулированы условия конструирования гомогенных полей напряжения при продольной прокатке и прокатке-волочении;

3. Разработаны новые технологические схемы получения композиционных материалов (металлических листов) с различной анизотропией и симметрией физико-механических свойств, обычной дифференциальной прокаткой и дифференциальной прокаткой-волочением;

4. Экспериментально обоснован на технологических схемах обычной дифференциальной прокатки специальный метод, позволяющий эффективно решать проблемы, связанные как с получением металлических листов с различной симметрией текстур, так и с изготовлением из них изделий с необходимыми эксплутационными свойствами.

5. Выявлены параметры технологии получения материалов с высокосимметричными динамическими структурами (текстурами).

Практическая значимость. Апробированный системный метод описания и моделирования систем на гомогенном, гетерогенном и гомогенно-гетерогенном уровнях, может быть использован при анализе полей другой физической природы.

Знание структуры взаимодействия и установленные взаимосвязи мевду симметрией тензора напряжения и его формой, позволяют прогнозировать характер структурных внешних и внутренних изменений материала при пластической деформации.

Предложенные новые технологические схемы получения продольной прокаткой и прокаткой-волочением композиционных материалов (текстурированных металлических листов) с различной анизотропией и симметрией физико-механических свойств позволяют оптимизировать процессы получения готовых изделий из металлического листа с необходимыми оксплутационными свойствами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на III Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах (Красноярск, 1980 г.); Всесоюзной конференции «Повышение долговечности и надёжности машин и приводов» (Куйбышев, 1981 г.); V Всесоюзной конференции «Проблемы физики и металловедения электротехнических сталей и сплавов» (Алма-Ата, 1981 г.); II Всесоюзной конференции «Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа» (Днепропетровск, 1982 г.); VI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии», (Томск, 2000 г.). Часть результатов исследований вошла в монографию Дурнева В.Д. и Талашкевича И.П. «Симметрия в технологии». - Л. Политехника, 1993, С.257 и используются при чтении специальных курсов, а также послужили основой для разработки лабораторных работ по ним на кафедре "Литейное производство и технология обработки металлов давлением" механико-технологического факультета Красноярского государственного технического университета. В соавторстве с

Талашкевичем И.П., Мартьяновым A.M. и Хапилнным С.Н. подготовлено учебное пособие «Технология получения продольной прокаткой анизотропных металлических листов», вошедшее в план изданий РИО КГТУ на 2000 год. На основании полученных теоретических и экспериментальных результатов по хоздоговорной теме №85 «Оптимизация технологии изготовления изделий из трансформаторной стали с целью снижения технологического брака», выполняемой в течении 01.01.85 - 30.06.87, были предложены конструкторские разработки и технологические карты для оптимальной технологии изготовления витых магиитопроводов к телевизору «Рассвет».

Структура и объём работы. Диссертация состоит: из введения; 4-х глав; выводов; списка литературы, содержащего 121 наименования; трёх приложений. Основной материал изложен на 183 страницах машинописного текста, включая 8 таблиц и 19 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, научная новизна и практическая значимость результатов работы. Определены цель и задачи исследования.

В первом разделе представлен аналитический обзор литературы по системному анализу, проектированию и получению на основе принципа Кюри, а также использованию в промышленности текстурированных материалов. Далее рассмотрены и проанализированы принципы, которые лежали в основе разработки специального системного анализа и технологии получения материалов с различной симметрией текстур, анализа, а также определения симметрийных характеристик структур потенциальных полей напряжения, форм тензоров, материалов и т.д.

Математическая запись принципа симметризации-диссимметризации Шубникова-Кюри, может быть представлена с помотцью групповых уравнений в следующем виде:

Принцип Кюри -

На гетерогенном уровне результирующая группа симметрии сложных объектов определяется относительным расположением частей сложной системы, и окончательно, как следствие, тем набором элементов симметрии, которые будут общими для всех частей рассматриваемой системы.

Принцип Шубникова - -ПС.оО^

На гомогенном уровне результирующая группа симметрии сложной системы определятся по принципу Шубникова, как расширение предельной группы частичного пересечения элементов симметрии закономерно расположенных частей системы, найденной с помощью принципа Кюри. В общем случаи, с групповой точки зрения, для сложных гомогенных систем возможны четыре варианта взаимоотношений группы симметрии системы с взаимным расположением части:

1) в шсист.= 2) О ШСИСТ.=^01Ч; 3) О 3 в*; 4) О шсист.= С 0,-ч

Действие принципов симметрии Кюри и Шубникова и их следствия демонстрируются на геометрических системах из односторонних правильных геометрических фигур.

Дополнительно, при решении конкретных задач использовали закон сохранения стационарной симметрии, принципы Неймана и Германа, которые могут быть представлены в следующем виде:

Закон сохранения стационарной симметрии

1. Для гетерогенных систем -

Данное уравнение определяет взаимосвязь между группами симметрии системы и её частей на геометрическом и физическом (при взаимодействии частей системы) уровнях. Более конкретно, группа симметрии физической системы будет по своему порядку равна или выше группы симметрии

2. Для гомогенных систем -

в СиСТ в = в, ПО г Эй =С

В этом уравнении, по сравнению с подобным для гетерогенных систем, все высказанные выше утверждения будут распространятся на группы симметрии расширения.

Принцип Неймана - (} с (} с .

Тождественное описание структуры текстуры с помощью статистической (обобщённой) симметрии позволяет рассматривать текстуры как квазимонокристаллы и в связи с этим распространить на них принцип Неймана. Согласно принципу Неймана, группа симметрии квазимонокристалла (текстуры) будет подгруппой или описываться той же группой, что и свойство, например, свойство его пластичности и группа симметрии свойства в свою очередь будет подгруппой или равна группе симметрии тензора, описывающего это свойство.

Принцип Германа

1) Ь« > (п >г) * Для аксиально изотропных сред;

2)ЬП]ПЬП2; (п,>п2) при п,>г при г=1,2...л-1 ;(п2< >г) -

для пространственно изотропных сред

В случаи наших технологий представляют интерес первый вариант, когда порядок оси симметрии описывающей текстуру в металлическом листе выше ранга тензора пластичности. При этих отношениях между симметрией текстуры и рангом тензора пластичности, пластичность в плоскости металлического листа будет изотропной.

Во втором разделе решаются задачи о представлении и симметрийном описании элементов, которые входят составными частями в тот или иной процесс обработки материала, и который исследуется как система с помощью обобщённого принципа симметрии Шубникова-Кюри.

Во-первых, воздействие на материал реализуется через поле напряжения, которое, если оперировать с тензором напряжения, предложено описывать пространственным тензором напряжения. В общем случае под пространственным тензором понимают трехмерно-периодическую

совокупность точечных тензоров, определенных на системах эквивалентных точек. Тензор может быть инвариантен при некоторых преобразованиях собственной системы координат. Эта инвариантность тензора проявляется в неизменности его компонент. Совокупность всех преобразований собственной системы координат тензора, относительно которых тензор остается инвариантным, образует группу. Эту группу симметрии тензора Шубников Л.В. назвал группой внешней (собственной) симметрии тензора. Для определения симметрии полярных тензоров напряжения мы воспользовались формулой преобразования компонент тензора напряжения при переходе от заданной к штрихованной системе координат:

ст'(/~ С* • С,7 • СГИ,

Для определения симметрии аксиальных тензоров напряжения воспользовались формулой преобразования:

о'у = ± Сд • Су/ • а и.

Нами предложен и апробирован другой метод определения формы (структуры) тензора напряжения с помощью принципа Кюри по структуре исходных тензоров напряжения с известной симметрией.

В рамках принципа Германа, с точки зрения симметрии было выявлено подобие и различие между структурой поля напряжения и структурой описывающего его пространственного тензора напряжения. В общем случае пространственный тензор напряжения будет несимметричным. Пластическая деформация металла под действием такого пространственного тензора напряжений будет проявляться как ири изменении геометрической формы образца, так и при изменении его внутренней структуры (текстуры). При этом внешняя (геометрическая форма) и внутренняя (текстура) структуры, появляющиеся в процессе пластической деформации, будут характеризоваться той же группой симметрии, что и рабочее поле напряжения. В связи с последним понятна важность разложения тензора напряжений общего вида на симметричный и антисимметричный. Во-вторых, другим важным элементом

системы является деформируемый материал, структура которого также должна быть представлена в симметрийном описании. В квазиизотропном состоянии материал будет описываться предельной группой симметрии х/сощ, а в текстурированном симметрией текстуры, которая, как отмечено выше, может быть определена по принципу симметрии Кюри. Экспериментально симметрия текстуры может быть найдена, в частности, по симметрии дебаеграмм или полюсных фигур, которые отражают статистическую симметрию распределения кристаллитов своими кристаллографическими направлениями в объёме материала. В-третьих, предположили, что симметрийные характеристики системы: воздействие плюс материал, найденные с помощью обобщённого принципа симметрии, распространяются и на остаточные, при достаточной величине пластической деформации, изменения геометрической формы и внутренней структуры (текстуры) материала и после снятия нагрузки. В-четвёртых, введено понятие обобщённой структуры заготовки. Структуру, обобщающую структуру геометрической формы заготовки со структурой её текстуры, будем называть обобщённой структурой заготовки. При исследовании взаимосвязи между группами симметрии описывающих обобщённую структуру заготовок (О0) с группами симметрии геометрической формы (Оф) и текстуры (От), было установлено всё многообразие этих сочетаний, охватываемых следующими соотношениями:

От=Оф, 0хГЮф=0о;

Сгт=С)ф, 00с0ф, ОоСО,; ОфзОт, 0(,с0т, 00с0ф; От:иС1ф, 00с(}ф, С0сОт; Оф<хОт, 0тс20ф, О0с=Оф 00с0т.

В трегьем разделе дано теоретическое решение вопроса о геометрических, деформационных и других параметрах технологии получения металлических листов прокаткой с различной симметрией текстур. В связи со

сложностью указанной задачи было рассмотрено решение частной, но важной проблемы, а именно проблемы получения гомогенных (однородных) полей напряжения. Основой для решения этой задачи служило положение, что эффекты симметризации могут наблюдаться только в системах, состоящих из одинаковых и симметрично расположенных элементов. Для гомогенных (однородных) полей напряжения такими элементами мо1ут быть его составляющие локальные поля напряжения. Данные представления реализуются при прессовании в матрицах с правильной формой поперечного сечения. С подобными однородными полями напряжения мы встречаемся при выдавливании через фильеры с правильной формой очка, при кристаллизации металла в геометрически правильных формах. Особый интерес представляет, с точки зрения способа реализации гомогенных полей напряжения, процесс протяжки цилиндрического изделия, например вала.

Обобщая результаты анализа вышеназванных и исследованных процессов получения материалов и изделий с динамическими структурами (текстурами) различной симметрии, можно утверждать, что для моделирования однородных полей напряжения на геометрическом уровне необходимо, во-первых, иметь системообразующие геометрические образы, тождественные структурам локальных или исходных полей напряжения, за формирование которых ответственны геометродинамические характеристики рабочих органов, реализующих этот процесс. Во-вторых, создавая системы из геометрических образов, тождественных тем или иным структурам, необходимо соблюдать правила симметризации: элементы системы должны пересекаться, соприкасаться, налагаться или располагаться относительно друг друга своими тождественными точками, прямыми и плоскостями. В тех случаях, когда в создании системы в плоскости принимают участие три и более элементов, они должны располагаться относительно друг друга под одинаковым углом, кратным углу в 360°. Когда некоторые структурно-однородные геометрические схемы не могут быть реализованы технологически одновременно, необходимо использовать дифференциальные способы обработки материала, которые

позволяют интегрировать их в единый процесс. Для этого необходимо применять одинаковые и малые степени деформации с постоянной сменой одного направления обработки на другое. Наконец, когда требуется реализовать потенциальную структуру гомогенного поля напряжения в идентичной структуре (текстуре) пластически деформируемого материала необходимо, чтобы этот материал находился в изотропном состоянии. Учитывая перечисленные параметры технологии получения материалов с текстурой той или иной симметрией, решение подобной задачи с помощью способов продольной прокатки и прокатки-волочения начали с установления структуры их полей напряжения. Найдя симметрию рабочих валков прокатного стана, вращательного момента и его тождественного геометрического образа, учтя относительные размеры рабочих валков, совместное расположение их геометрической фигуры, отображающей вращательный момент, и применяя обобщённый принцип симметрии, определили, что структура односторонней продольной прокатки принадлежит к группе симметрии тт2, а прокатки-волочения к моноклинной группе симметрии т. Эти поля напряжения мы назвали потенциальными полями, т.е. полями напряжения, существующими в скрытом виде и которые могут проявиться при известных условиях (при деформировании изотропной заготовки). При других структурах заготовки структура деформирующего поля напряжения ,которое мы назвали рабочим, так же как и структура (текстура) деформируемого материала будет определяться результирующей симметрией рассчитанной по принципу Кюри, на основе групп симметрии структур потенциального поля напряжения и исходной заготовки. Поэтому потенциальное поле напряжения будет тождественно рабочему полю только тогда, когда заготовка будет изотропной или группа симметрии потенциального поля напряжения будет подгруппой группы симметрии текстуры заготовки и при деформировании элементы симметрии, описывающие потенциальное поле напряжения, будут совпадать с идентичными элементами симметрии, характеризующими анизотропию заготовки.

Далее, были сконструированы сложные фигуры, отображающие геометрически структуры продольной прокатки и продольной прокатки-волочения: соответственно, прямоугольная призма и призма с поперечным сечением в виде равнобедренного треугольника, на одном из концов которых находятся коническая стрелка. В качестве системообразующих для моделирования геометрических систем, эквивалентных потенциальным полям напряжения с различной симметрией структуры, применялись геометрические фигуры, отображающие реверсивную прокатку по направлению (продольная прокатка) и реверсивную прокатку по отношению к направлению прокатки и к плоскости прокатки (прокатка-волочение). Симметрия дополнительных системообразующих элементов находилась с помощью обобщённого принципа симметрии. В результате моделирования геометрических систем с помощью перечисленных выше системообразующих элементов при соблюдении условия симметризации, было получено 11 гомогенных, гетерогенных и гомогенно-гетерогенных схем продольной прокатки и 53 схемы прокатки-волочения. Основой для определения симметрии этих схем по-прежнему служил обобщённый принцип симметрии. Схемы обыкновенной продольной прокатки и прокатки-волочения, описывающие их группы симметрии и соответствующие им тензоры напряжения, частично представлены в таблицах №№1,2. Отметим, что частичное представление схем прокатки было распространено только на изоморфные схемы, т.е. на схемы, которые описываются одной и той же группой симметрии, но отличаются друг от друга структурой (природой) элементов, их количеством и расположением относительно друг друга. Подчеркнём, что в это пересечение вошли все параметры (природа элемента, их количество и отношение) сочетание которых ограничиваются семью вариантами. Следующий этап решения рассматриваемой проблемы связан с практическим осуществлением разработанных схем прокатки, что и позволит получить металлические листы с той или иной степенью анизотропии и какой-то симметрией физико-механических свойств. Ясно, что практически реализовать прокатку одновременно по нескольким направлениям нельзя.

Таблица Л® 1

Схемы дифференциальной обыкновенной прокатки классифицированные

по форме тензора

№ п/п

Геометрическая интерпретация схемы прокатки

Группа симметрии модели и ее стереографическая проекция

Форма тензора

Взаимное расположение координатных осей и элементов симметрии

а2! о

а« 0 о о

о о

тт2 (122Р)

О о о о

0 С*

1

Сзз

о

0 0 а,з ООО

СГз1 0 0

2{РХз т,±ОХ, т210Х2 2/РХ7 т<±ОХ2 т2-10Хз 2/,ОХ2 т,10Х1 т210Х}

к.

ттт

(312ЗРС)

Си 0 0

0 <5п 0

0 0 Сзз

2ЩГ т,10Х2 т210Х3 2/РХ, т;М)Х/ т210Х-} 21РХ3 пцЮХ, т210Х2

4/ ттт (.Ь44Ь25РС)

6т2 (ЦЗЬ^Р)

а„

о

о

а,, о о

а,1 о о

Он

О

сь о

Огг О

О о

с*, о' о

См. о о

С22

СГп

о о

СТзз о о

сг„

о о

<322

о

<5п о

с»

о

о о

См.

о ' о

СТзз.

о ' о

Сзз.

6/ттт (ибЦРС)

4(6)!РХг т,10Х, т2ЮХ2

4(б)/рх2 т,ЮХ, т210Х3

4(6) ¡рх, пцЮХг т2ЮХг

Таблица N» 2

Схемы дифференциальной ирокатки-волочсння классифицированные но

форме тензора

Остаётся другая единственная технология прокатки, основанная на следствии правила симметризации, и известная в приложении к процессу протяжки цилиндрической заготовки. Это дифференциальная прокатка.

Суть дифференциальной прокатки состоит в том, что прокатка производится с помощью одной пары одинаковых валков с небольшими обжатгтми, до 1%, за один подкат, при постоянной смене одного направления прокатки на другое, при этом суммарная макротастическая деформация соизмерима по каждому из прокатываемых направлений, а исходная заготовка находится в квазиизотропном состоянии. Для сохранения одинаковости деформации за каждый проход, можно воспользоваться предложенной нами формулой:

где ко — исходная, - после первого прохода, Ьк - после к — того прохода толщина заготовки. Задав через к] первоначальную степень деформации, можно рассчитать толщину заготовки после любого прохода. Тогда как обычную продольную прокатку в одном направлении и связанную с ней прокатку по нескольким направлениям, в том числе и симметрично равным на геометрическом уровне, но с максимально большими обжатиями за один подкат, мы идентифицировали как интегральную прокатку. При этом степень макропластической деформации за один подкат должна быть такой, чтобы появившиеся структурные изменения в заготовке, были чётко представлены в результатах рентгеноструктурного анализа. Что касается квазиизотропной исходной заготовки, то её можно получить прессованием металлического порошка со сферической формой частиц и литьём в цилиндрическую форму.

Четвёртый раздел посвящен эксперименту и его анализу. В результате эксперимента должна была подтвердиться правильность предположений о способах определения симметрийных характеристик элементов системы: действующего поля напряжения, деформируемого материала, тождественных геометрических систем, и описывающих поля напряжения тензоров, наконец,

остаточных изменений (текстуры) пластически деформируемых материалов. Вторая часть экспериментов должна была ещё раз доказать известное положение о том, что наличие текстуры в материале сопровождается появлением анизотропии физико-механических свойств. Серия экспериментов была проведена на исходных заготовках, которые можно классифицировать на три группы.

Так, первую группу исходных заготовок изготовили из медного порошка марки МПС-1 методом холодного прессования с последующим термическим упрочнением. При этом, для улучшения изотропии свойств для части заготовок применяли гидростатическое прессование. Исходные заготовки второй группы, а именно полоски релейной стали, были прокатаны по различным технологическим схемам на лабораторном прокатном стане, часть из них была подвергнута продольной прокатке с обжатием 40%, а другая - интегральной прокатке в двух направлениях, составляющих угол 25° относительно друг друга, со степенью обжатия 25% в каждом из прокатываемых направлений. Третью группу исходных заготовок, во-первых, изготовили из компактного алюминия марки АД-1, методом лшья в цилиндрическую форму диаметром 100 мм, с последующей обработкой поверхностного слоя до диаметра 85 мм и высоты 19,8 мм, отвечающей условиям эксперимента и, во-вторых, заготовки с наведённой структурой, т.е. промышленные образцы, полученные методом выдавливания, предварительно нагретого до температуры 440°С алюминиевого сплава марки Д-1, через матрицы круглого, квадратного и прямоугольного сечений.

Для выявления симметрии текстур, в описанных выше образцах, были проведены рентгеновские и ультразвуковые исследования. По результатам исследования были построены рентгеновские и полюсные фигуры (рис. 1-6). Как видно из рисунков, полюсные фигуры, снятые с образцов полученных методом прессования в матрицах с квадратным и треугольным поперечным сечением рабочего пространства и образцов, полученных дифференциальной прокаткой в двух взаимно перпендикулярных направлениях и по трём

Полюсные фигуры {111} снятые с образцов полученных методом выдавливания компактного алюминия через цилиндрическую матрицу (а), прямоугольную (б)

и квадратную (в).

а) , б) в)

Рис. 1

Полюсные фигуры {111} снятые с образцов полученных методом прессования медного порошка в прямоугольной матрице (а), треугольной (б) и квадратной (в).

а)

б)

в)

Рис. 2

Полюсные фигуры {111} снятые с образцов полученных методом дифференциальной прокатки прессованного медного порошка: по двум взаимно перпендикулярным направлениям, с односторонним обжатием (а, б) и реверсивной (в,г); по трём симметрично равным направлениям (120е) (д).

Рис. 3

Полюсные фигуры {111} снятые с образцов полученных методом интегральной прокатки: в одном направлении (а); в двух направлениях под углом 120° (б); по трём симметрично равным направлениям (120е) (в); по двум взаимно перпендикулярным направлениям (г).

б) в)

Рис.4

симметрично равным направлениям, т.е. под углом 120° относительно друг друга, соответственно, совершенно одинаковы, и такое распределение кристаллитов возможно только в одном случаи, если поля напряжения, сформировавшие эти текстуры, так же и по симметрии своей структуры были подобны.

На рис. 5 и 6 приведены ультразвуковые полюсные фигуры, снятые с образцов релейной стали. Симметрийный анализ всех этих полюсных фигур позволяет установить их симметрию, которая совпадает с теоретическими результатами. В силу условий изготовления, образцы были изотропными по своей внешней и внутренней структурам.

Ультразвуковые полюсные фигуры в образцах из релейной стали обработанные прокаткой по двум направлениям под углом 25°(рис. 5), и тройной прокаткой под углом 120°(рис. 6)

1НП,

о с "НП Рис. 5

Рис, 6

Для исследования анизотропии физико-механических свойств (пластичности, твёрдости и т.д.) металлических листов с различной симметрией текстур было взято 10 образцов. Образцы были прокатаны по 10-ти из 11-ти технологических схем дифференциальной продольной прокатки более чем за 60 подкатов, при этом общая степень логарифмической деформации составила 2,34. Из средней части полученных листов были вырезаны круглые заготовки диаметром 100 мм для последующей вытяжки колпачков с прижимом на гидравлическом прессе, с коэффициентом вытяжки 1,86. На данных колпачках были произведены измерения фестонов, микротвёрдости и т.д. Распределение фестонов по размерам подтвердили, во-первых, симметрию технологических схем, во-вторых, продемонстрировали обязательное наличие анизотропии физико-механических свойств в текстурированных материалах. Приведённые на рис. 7 (а, б) два колпачка наглядно подтверждают отмеченное выше.

Отсутствие фестонов на колпачке (рис. 7-6) связано с тем, что для его изготовления использовалась заготовка из металлического листа, полученного дифференциальной односторонней прокаткой по трём симметрично равным направлениям.

Колпачки полученные вытяжкой из листов прокатанных обыкновенной продольной прокаткой (а) и дифференциачыюй прокаткой по трём симметрично равным направлениям с взаимно обратным обжатием (б)

Этот результат согласуется с принципом Германа, согласно которому металлический лист, структурно описываемый перпендикулярно к его плоскости осью симметрии 6-го порядка, будет изотропен в плоскости листа относительно того или иного физико-механического свойства, если порядок оси симметрии будет больше ранга исследуемого свойства. Это положение распространяется на металлические листы, структура которых характеризуется как простыми, так и сложными осями симметрии.

1. Эксперршентально доказана эффективность предложенного системного анализа на основе принципа симметризации-диссиммстризации Шубникова-Кюри, позволяющего оптимально решать проблемы, связанные как с получением текстурированных материалов с различной по симметрии и величине анизотропии их физико-механических свойств, так и с изготовлением из них изделий с необходимыми эксплуатационными характеристиками.

а)

б)

Рис. 7-а,б.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

2. Введены представления, реальность которых теоретически и экспериментально доказана.

3. Найдено при применении принципа симметризации Шубникова, что с точки зрения симметрии структуры разнообразие гомогенных полей напряжения бесконечно. Однако, если ограничиться искусственно -анизотропными (текстурированными, композиционными и т. д.) материалами, физико-механические свойства которых описываются материальными тензорами не выше четвёртого ранга, то практически целесообразный спектр нолей напряжения будет полностью охвачен 44 группами симметрии. В эти группы симметрии, установленные для простых и сложных гетерогенных полей напряжения, описываемых полярными и аксиальными тензорами напряжения, автоматически войдут все группы симметрии магнитных, электрических, тепловых полей, а также их всевозможных сочетаний с учётом принципа Германа.

4. Найдены с помощью тождественного представления на геометрическом уровне геометрофнзических параметров рабочего инструмента группы симметрии исходных (потенциальных) полей напряжения процессов продольной прокатки и прокатки-волочения.

5. Разработаны схемы обыкновенной продольной прокатки и прокатки -волочения, в которых в качестве системообразующих элементов выступают поля напряжения односторонней и реверсивной прокатки.

6. Предложены на основе принципа Шубникова и в соответствии с принципом Германа технологии прокатки для получения металлических листов с изотропией пластичности в их плоскости.

7. Экспериментально получены текстуры из компактных и порошковых материалов методами обработки металлов давлением (прокатка, осадка, вытяжка, волочение, прессование и т.д.), а также в их различных сочетаниях.

8. Исследованы с помощью рентгеновского дифракционного эффекта и распространения ультразвуковых продольных и поперечных волн текстурированные материалы, изготовленные с помощью указанных выше

физических полей и их сочетаний. Ультразвуковые и рентгеновские полюсные фигуры имеют статистическую симметрию в соответствии с обобщённым принципом симметрии.

9. С помощью процесса вытяжки из заготовок с различной симметрией текстуры получены колпачки. Особенно показательны колпачки с полным отсутствием фестонов для вытяжки которых использовались изотропные заготовки, изготовленные односторонней и реверсивной дифференциальной прокаткой по трём симметрично равным направлениям.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Талашкевич И.П., Мишнёв C.B. Симметрия текстур материалов при последовательной прокатке // Тез. докл. III Всссоюз. конф. По текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах. 11-13 июня 1980 г., Красноярск. -Красноярск: КПИ, 1980. С. 10-12.

2. Талашкевич И.П., Мишнёв C.B., Славов В.И. Симметрия текстур материалов при параллельной прокатке // Тез. докл. III Всесоюз. конф. По текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах. 11-13 июня 1980 г., Красноярск. - Красноярск: КПИ, 1980. С. 12.

3. Талашкевич И.П., Мишнёв C.B. Текстурообразовакие при дифференциальной прокатке железа // Тез. докл. Всесоюз. конф. "Повышение долговечности и надёжности машин и приводов", 22-24 сентября 1981 г., Куйбышев. - Куйбышев: КПИ, 1981. С. 354.

4. Талашкевич И.П., Мартьянов A.M., Мишнёв C.B. Текстурообразование при обработке порошковых материалов прессованием плюс прокаткой // Тез. докл. Всесоюз. конф. "Повышение долговечности и надёжности машин и приводов", 22-24 сентября 1981 г., Куйбышев. - Куйбышев: КПИ, 1981. С. 35.

5. Талашкевич И.П., Мишнёв C.B., Мартьянов A.M. Текстурообразование при прокатке в многовалковых калибрах // Тез. докл. V Всесоюз. конф. "Проблемы физики и металловедения электротехнических сталей и сплавов", Алма-Ата: 1981. С. 31.

6. Талашкевич И.П., Мартьянов A.M., Мишнёв C.B. Эффекты симметризации-диссимметризации при обработке сплавов эвтектического типа // Материалы II Всесоюз. конф. "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа", Днепропетровск: 1982. С. 272-273.

7. Талашкевич И.П., Мишнёв C.B., Хапилин С.Н. Принципы симметрии в решении задач конструирования // Вестник КГТУ. Вып. 7: Машиностроение, транспорт. Красноярск: КГТУ, 1997. С. 32-37.

8. Талашкевич И.П., Мишнёв C.B. Проектирование и получение изделий с заданными эксплутационными свойствами // Тезисы докладов научно-практической конференции «Качество продукции машиностроения», 24 сентября 1998 г., Красноярск. - Красноярск: КГТУ, 1998.

9. Талашкевич И.П., Ковалёв А.П., Хапилин С.Н., Мишнёв C.B. Описание и классификация обобщённой структуры заготовок// Вестник КГТУ. Вып. : Машиностроение, транспорт. Красноярск: КГТУ, 1998.

10. Мишнёв C.B., Талашкевич И.П., Дурнев В.Д. Технологии получения текстурированного металлического листа дифференциальной прокаткой // Вестник КГТУ. Вып. 15: Машиностроение. Красноярск, 1999. С. 66-73.

11. Мишнёв C.B. Определение форм тензоров напряжения на основе принципа Кюри // Вестник КГТУ. Вып. 15: Машиностроение. Красноярск КГТУ, 1999. С. 184-189.

12. Хапилин С.Н., Мишнсв C.B., Талашкевич И.П. Фестонообразование при вытяжке из металлических листов с различной симметрией физико-механических свойств // Материалы VI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии», 28 февраля - 3 марта 2000 года, г. Томск - Томск: ТПУ, 2000.

13. Талашкевич И.П., Мартьянов A.M., Мишнёв C.B., Хапилин С.Н. Технология получения продольной прокаткой анизотропных металлических листов // Вестник КГТУ. Машиностроение. Красноярск КГТУ, 2000.

Аспирант