автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Установление закономерностей деформирования металлов со сложной реологией методами физического моделирования

?Г6 ОД

- 1 | • ' НАЦЮНАЛЬИА МБТАЛУРГ1ЙНА АКАДЕМ1Я

УКРА1НИ

т 011

- ' и:."'

ШЛОМЧЛК Георгш Григорович

УДК 621.771.001

ВИЯВЛЕННЯ ЗАКОНОМ1РНОСТЕЙ ДЕФОРМУВАННЯ МЕТАЛ 1В 31 СКЛАДНОЮ РЕОЛОГИЮ МЕТОДАМИ Ф13ИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ

Спещалыпсть 05.03.05 «Процеси та машшга обробки тиском»

Автореферат дисертацй на здобутгя вченого ступегет доктора техшчних наук

Дншропетровськ - 2000

Дисертацш у вигляда рукопису Роботу виконано в Нацюнальнга металургшшй академп Украши

Науковий консультапт

Заслужений дояч науки i техшки Укра1ни, доктор техшчних наук, професор

ДРУЯН Володимир Михайлович (м. Дншропетровськ, Нахцональна металурпйна академш Укра1ни, завщуючий кафедрою технолопчного проектувайня).

Офщшт опоневтв:

доктор техшчних наук, професор

КОНОВАЛОВ Юрш Вячеславович (Донецыснй державний техшчний ушвсрситет, професор);

доктор техшчних наук

НОГОВ1ЦИН Олсксш Володимирович (Державний комитет лромислово! шштики Украши, начальник управлшня науково-техн 1чного та шновацШного забезпечення, стандартизации метрологи та сертификаци);

доктор техшчних наук, професор

ПОПОВ Марат Васильевич (Науково-дослдагай 1 конструкторсько-технолопчний шститут трубно! промисловосп Державного комитету лромислово! подпиши Украиш, головний науковий сп1вробшшк).

Провщна установи

1нститут чорно!" металургй ш. 3.1.Некрасова Нащонально! академп наук Украши, м. Дншропетровськ

Захист вадбудеться « 6 » Ч2000 р. в -/2-30 на засаданш спещал1зовано'1 вченоГ ради Д 08.084.02 Нащоналыкм' металурпйно! академп' Украши за адресого: 49600, м.Дншропетровськ, пр.Гагарша,4.

3 дисертащею можна ознайомитись у б^блютещ Национально* металургшно! академп Украши

Авторефератрозюлано «¿^ » *€/»>н,Я 2000 р.

Вчений секретар спещал!зовано1 вчено1 ради,

д.т.н., професор -=г—^ Комаров О.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Загострення конкуренци на свгговому ринку мстал ¡в вимагае вщ дослщнигав Укра'ши, KOTpi пршцоють у галуз1 обробки метал ¡в тиском (ОМТ), пошуку найкоротших шляxiв розв'язання фундаментальних i технолопчиих задач. Оперативш'сть у реагуванш на попит, котрий змшюеться дуже швидко, повинна забезпечуватись створенням нових вщн'в продукцп гадвищешм якос-ri та розробкою високоефективних технолога при мшмальних витратах 3aco6iB i часу. Проведешш громоздких коштовштх пошукових експеримс1тв па про-мисловому устаткуванш, при вкрай обмеженому фшансуванш дослщжень, стае практично неможливим. За цих умов îctotho шдвищуеться значимкть фундаментальних i принцгагово нових науково-техшчних розробок, здшсню-ваних методами моделювання, з урахуванням реалъних характеристик сталей i сплав!в, що пцщягають пластичному деформуванню.

Актуальшсть теми. При створенш нового провесу в ОМТ основними вихадними передумовами, що забезпечують формування необхвдшх властивостей в пробу, заощадження енергетичних i матер1альних pecypcÎB та, врепш репгг, визначають ефектившсть i конкурентоздатшсть ycieï технолог!!, с доскдарш даш про реологшну поведшку металу i даш про закономерности розвитку локалыгах napaMerpiB його деформадп. Через виняткову складшсть ф]зичних явищ, що супроводжуготь процеси пластичного формозмнповання реальних метал1в, особливо при великих деформациях (s > 0,5.. 2..) i складних навантаженнях, математичний опис напружено-деформованого стану зустргае значн1, часом непереборш, трудной». Ще бшыл проблематичним постае теоретичний анал1з процеов обробки тиском маловивчепих, але все частице використовуваних у техшщ, сталей i сшювш, що характеризуються техно-лопчною реолопйною складшстю (PC) - аномальним дшттним дефор-мащйним роззмщнюванням. 1хне вивчення при виконанш дисертащйноГ роботй дозволило вперше експериментально виявити явшце деформацшних аномалй вищих порядив, обумовлене реолопйного складшстю мсташв, i явигце деформащйно'! динам1ч1Ю1' ашзотропп 1хнього роззмщнговання,

Hoei даш, що були отримаш в роботу "вказують на високий ступшь залежност) законом]рностей розвитку деформацш реальних металîb в!д ïxhboï peonorifiHoï складпостс при р1зних видах обробки тиском i вносять принципов! змши в погляди, котр! у мехашщ великих пластичних деформацш вважались узвичаеними. Очевидно, що в цих випадках експерименталып дослщження на ф1зичних моделях е не тшьки бшьш придатними, але i едино можливими.

Досжшршсть результат експерименту повинна забезпечуватися його всеб1чним теоретичним обгрунтуванням. Розроблеш до цього часу метода

моделювання процеав ОМТ базуються на ряд1 традицшних припущень 1 гшотез, у тому чишн на одному Ь головних, тих, що спрощують властивосп сталей та сплав1в, «постулата» математично! теорн пластичносп - про монотоншсть змщнення метал1в при !хньому деформувашп. У результате пього поза рамками не тшьки теорн ОМТ, але 1 теорп експерименту, залишасться численний клас реологшно складних метагпв, а вщом1 метода моделювання процеав обробки 1х тиском виявляються неприйнятними. Дотепер задач1 вивчення залежносп закономерностей розвитку деформацш вщ ступеня складносп реологн метал ¡в не розв'язувались 1 навггь не ставшгась. Тим часом, виявлеш в дисертацп явшца, що не спостерггалися ранше 1 котр! супроводжують деформування РС метал1в, не тшыси змшюють погляди на мехашзми пластично'! деформацп, але 1 показують, наскшьки значш негативш наслщки неврахування у традищйних технолопях реологшно! складносп реальних метал1в- воно обумовлюе значш утрата металш та енергп.

Наведене призводить до висновку: дослщження, що спрямоваш на виявлення законом1рностей деформування метали 31 складною реолопею як фундаменту для створення наукових основ процеспв обробки !х тиском, на розробку теорп подшносп 1 на розвиток методт фшичного моделювання процест пластичного формозмнловашш цих метатв, набувають особливо! актуальности

Зв'шок робота з науковими прогпамами, планами, темами. Виконання дисертацшно! роботи пов'язано з планами науково-дослщних роби~ Национально! металургшно! академп Украши (НМетАУ). Дослщження виконувалися в рамках: програми «Метал» Мнвузу СРСР, наказ № 599 вщ 18.07.86 р., завдання 14.02.02 «Дослщити вплив термомехашчних умов навантаження на ошр деформацп, пластичшсть 1 морфологию руйнацп сталей 1 сплав1в при гарячш деформащ!»; програми ДКНТП Украши за наказом № 64 вщ 30.05.95 р. «Ресурсозберн~аюч1 еколопчно чист1 продеси 1 технологи у металургп та ливарному виробшщта» (завд. 04.03 ), «Нов1 металев1 мaтepiaли» (завд. 06.02 ). У 1991-1999 роках за планами Мшосвгёи Украши ш'д кер1вництвом автора дисертацп виконувалися НДР, що були беспосередньо пов'язаш з розробкою теоретичних та експериментальних основ створення нових гехнологш обробки тиском мeтaлiв 31 складною реолопею.

Формулговання науково! проблема, ршення яко! отримано в дисертацп. Виявлеш при виконанш дисертадшного дослщження явшца, що супроводжують пластичну формозмшу РС метамв 1 котр1 ранше не спостерпалися, встановлюють цгготшеть залежнос-п закономерностей розвитку деформацш реальних метал1в вщ !хньо! реологшно! складносп 1 значною м1рою змшоють уявлення, котр! у мехашш великих пластичних деформацш вважалися

узвичаеними. Неврахування до цього часу реолопйно! складноси метал ¡в е одшего з головних причин недосконалостей низки традицшних технологш ОМТ -причиною великих утрат металу, енергп 1 знюкепия якосп продукцп.

У цьому зв'язку в дисертацп вирциепа проблема створення наукових основ процеав обробкп тиском иетал1в 31 складпою реолоп'сго на баз! розробки теорн ггод1бносп, методологн1 техшки для ф1зичного моделювання цих процесш, встановлення 1 вивчення закономерностей деформування таких металт як оснйви для розробки мaтepiaлo- \ енергозбер1гаючих технологш.

Мета г зада'п доапджедня. Метою дисертащйно1 роботи е експеримен-тальне вивчення, на баз! створення та використання теорн 1 методов фЬичного моделювання, законом]'рностей деформування метал1в складною реолопею як наукових основ матер^ало- та енергозаощаджувальних технологш обробки, ¡х тиском.

Для досягнення поставлено! мети в рамках сформульовано* проблеми отримаш ршення таких, що виносяться на захист, задач:

- експериментальне визначення законом1рностей розвитку деформацш при р'линх способах обробки тиском меташв, що аномально розз.мщнююгсся (реологшно складш - РС); розробка на гай основ! реологшно1 конпепгш пластичного формозмшювання;

- розробка теори под1бпосп - критер1алышх р1внянь для ф1зичного моделювання пpoцeciв пластичного формозмшювання РС метал!в;

- розробка методик 1 технжи для моделювашм нроцеств обробки тиском РС метал)в: створення сплашв, котр1 легко деформуються, з р1зною реолопйною складшстю, под1бних РС металам \ придатних для ¡хнього моделювання; розробка ф1зичних моделей процеыв обробки тиском РС меташв 1 створення автоматизованого лабораторного комплексу для фкшчного моделювання нестацюнарних 1 асиметричних процеав обробки тиском метал!в р!зного ступеня реолопйно! складносп на осногн теори под1бносп та основ1 притягнення \ розвитку сучасних експериментальних методгв механики твердих тш, що деформуються, - поляризацшно-оптичного, муар, электротензометрп, пласто-метри, пауковой кшозйомки;

створення нових технологш 1 устаткування на основ! використання результата фпичного моделювання проиеов обробки тиском реальних мeтaлiв >з складною реолопею.

Наукова новизна отриманих результата полягае в тому, що вперше:

- експсримепталыю виявлеш та знашпли пояснения: явшце дефор-мацшних аномалш вшцих порядив при пластичному poзтягyБaннi РС меташв, що полягае в прискорешп локал^заци шийки на зразках, котре обумовлене роззмщнюванням металу, або в упйвшъненш цього процесу з формупанняи

piBiioMipHoï. шийки при вторинному роззмщнюванш металу, та в чергуванш цих явищ при коливаннях опору металу деформацп; нвшце динашчшн деформацшно!' ашзотропц роззмщнювання, що проявляеться в прискоренш i переважанш течи металу у папрямку бшыпо'1 головног деформацп; явтце спонтанних усталепих автоколивань процесу прокатування, котре обу-мовлене м1крореологшною складшстю металу - стрибкошадбним роззмщненням його кристалтв;

- видшений найбтын численний ( до 60%) клас PC мстал^в, що характеризуются одним максимумом на кривих деформацшного змщнення ст-с: шструментальш CTajii типу Р6М5 або Р18; високолеговаш - типу XI3; 5ХВ2С i ЗХ2В8; спещальш сплави типу Zr+Nb i типу ВТ; бтышстъ вуглецевих сталей;

- розроблеш критер1альш р^вняння, що вюпочають системи рсологшно!, пружно-пластичшн, контактно!, кшематично! под1бност1, та KOTpi, на вщмшу вщ юнуючих, дозволяють здшснювати ф1зичне моделювання процеав обробки тиском меташв , що аномально роззмщнюються, тобто - реолопйно складних;

- створений на ochobî свинцю новий клас таких сплавш, що легко дефор-муються, та подобних до PC сталей, з р1зним ступеней характеристично!' деформацп ёх : вгд 0,2 до 1; уперше розроблеш алгоритми i програми групування сталей за реологшною подтбш'стю та методолог1я вибору РЬ-сплав1в для фгзич-ного моделювання;,

- визначеш законом1рност! прояву деформацшних аномалш (неоднорщ-ностей деформацп) при пластичному стисненш металш рЬних ступешв реоло-пйно! складносп (положения crmai на кривих ст-ё змшювалося в межах в in ех=0.2 до sx=l); показана неприйнятшсть вщомих cnoco6ie пластометрн для випробувань PC метализ i розроблено новий cnocio цих випробувань, що забезпечуе додержання однорщшсп деформацп до с > 1,5..2;

- розкрито мехашзм впливу реолопшк» складносп металу на законом ip-hoctî формування осередку деформацп (початкова нестацюнарна стадк) при npoKaTyBaHHi високих штаб: установлен! зони перевалено) локагпзацп щтенсивносп швидкостей деформацп металу - на вход1 його у валки, поблизу контакту з ними, у вигляда ядер HraaJ , KOTpi передумовлюють усю наступну складгпсть деформацп високого осередку; показано, що роззмщнювання приконтактних обсяпв PC металу, в ядрах Hmaj, е причиною формування на-плив!в (накату) на кшщвках штаб i попршення макроструктури, через ям на обтискувальних станах додатково губиться у обр13ки 2-8% металу, а також е причиною його розширення у вигляда подвшно! бочки та лотшпзацп дефекпв; установлено, що причиною зменшення обсягу об'ем!в металу, котр1 йдуть на розширення штаби, е його динам1чна ашзотрошя роззмщнювання, що викликае

переважну його течт у напрямку бшынсн головно! дсформаци - у напрямку прокатування;

- розроблено нсш ф!зичш модел) 1 проведено дослщження нecтaцioнapниx { асимстричних процеа'в ОМТ: (прокатування у валках та помгж валком та штампом; висадки; пресування в закритих матрицях); вперше експерименталыю розв'язано контакпп задач! щодо встановленпя ступеню впливу на напружений стан осередку деформацн: реологшних властивостей металу, що деформуеться; параметров технолопчних мастил; пружних характеристик матер1алу шструменга; геометрично! I кшсматично!" асиметри процесу.

Практичне значения одержаних результата 1 рекомендацн щодо мпього впкощтстанпя. Розробка ново1 тeopii моделювання е заюнченим доашдженням. Бона рекомендуеться для використання у практищ вивчсння процеав обробки меташв тиском ¡з метою забезпечення достовтрпосп 1 шдвтцення ефективносп експерименту та його результата.

Зпдно з договором про науково-техн1чне ствробштицтво мiж Загребським ушверситетом I НМетАУ матер1али дисертацп, що стосуються розробок теорн i методологи' моделювання, викорнстовуються в навчальнсму процее! й у проведешп науково-достдних роб1Т металургами Хорвата.

Роздши теорп под!бносп процеив ОМТ введен! в навчальш програми НМетАУ за спещалыпстго 05.03.05 «Процеси та машини обробки тиском». У навчальному процесс використовуеться лабораторний комплекс. Науюш кшофшьми з теорп та практики моделювання використовуються також у систем! середньо! фахово"! осв™ Держкомитету промислово! полгшки Украши.

Мае важливе практичне значения I рекомендуеться до тиражування з метою використання при розробц! нових технолопй методами ф1зичного моделювання в наукових лабораторшх вузт 1 иауково-дослщних ш статут)'в, а також у заводсышх лаборатор¡ях, зокрема:

- створений на основ! вимог теори иод!бност! автоматизований лабораторний комплекс, що усппнно використовуеться у НМетАУ в розробщ нових технолопй методами ф1зичного моделювання, котрий вм!щуе: норл поляри-зацшю-оптичн! та муар- установки, нов! прокати! стани ! преси, апаратуру для науково1 юно- та вщеозйомки, электротензометричний комплекс, зразкову метро-лопчну апаратуру та шструменти та ш.

- новий споаб пластометричиих випробувань сталей та сплав!в;

- нов! сплави - модел! меташв р!зно! реологшно! складносп;

- алгоритми! програми опрацювання експерименту.

Результата дисертацп, що використаш при створенш промислових технолопй! устаткування:

- методология групування сталей за реологшною по/цбшстю була викори-стана на Комунарському металургшному завод1 для зменшення кшькостей таблиць прокатки та метою спрощення керувашмм товстолистовым станом;

- за результатами моделювання процесу холодно! висадки гайок на Дншро-петровському метизному виробничому об'еднант (ВАТ "Дншрометиз") введена в дао промислова дшянка виготовлення экономшних (економгя коштовно! стал! 5ХВ2С до 85%) нового типу пуансошв шдвшцено1 в 3..5 pa3ÍB стшкостг;

- результата моделювання npouecÍB прокатування на nrraMni використаш при розробщ технологШ виробпицтва рЬкучих органов сшьгоспманшн i ресор перюдичного перетяну для вантажних автомобшв;

- новий cnociö та устаткування для створення вyзлiв фазованих pemiroK ан-тен далекого косшчного зв'язку, розроблений спшьно з 1нститутом проблем матер1алознавсгва ím. Францевича Национально! академп наук Украши i Спещальним конструкторським бюро зв'язку (м.Гомель), прийнятий до промыслового використання;

- використання особливостей явшца автоколивань процесу прокатування i конструкцп системи митгевого скидання навантаження призвело до створення промислового устаткування для знятгя залишкових наяружень у крупногабаритних вшшвках на Харивському завода агрегатних верстата та на Куп'янському чугуно-ливарному;

- результата комплексного дослщження технолопй та устаткування, зокре-ма режшйв та зусиль деформування, а також напруженого стану основних деталей робочо! iotítí блуминга металурпйного заводу ím. Петровського дозволили спрогнозувати й попередити руйнащю станин, заздалепдь спроектувата та виготовити новий стан.

Особистий впесок здобувача. Bei результата дослщжень, що залучеш до дисертацп, одержат й узагальнеш автором самостшно. Ochobhí ще! робота i методопя дослщжень належать автору. У проведешй лабораториях i промислових експерименпв надавали допомогу сшвробтшки НМетАУ, Дшпропетровськото держушвсрситету, Дшпропетровського метизного виробничого об'еднання (ВАТ «Дшпрометаз»), металургшного заводу ím. Петровського, Сииелыншвського ресорного заводу, Ростовського науково-дослщного шетитуту технологи машинобудування, Московського державного шетитуту стал1 i сплавш, Загребського ушверситету.

Апробащя результата дисертапи. Ochobhí положения робота доповщались i обговорювались: - на Всесоюзних науково-техшчних конфе-ренщях «Теоретичш проблеми прокатного виробництва» у м.Дншропетровську i 1975, 1980, 1988 p.p.; - на VIII Всесоюзнш науково-техшчшй конференцн г методу фотопружносп у м.Таллшн в 1979 р.; - на III республйсансьюй науково-

тсхшчшй конференцп «Тертл та технолопчш мастила при ОМТ» у м.Дшпро-петровську в 1985 р.; - на X республжанськш (РСФСР) науково-техшчшй конференцп «Економш виробничих pecypciB i шдвищення якост] продукцп в металур-гшнш i Х1М1ЧН1Й промисловосп» у м.Череповець в 1985 р.; - на II республжанськш науково-практичшй конференцп «Проблсми мщноеп, надшносп i довгов1чносп деталей та конструкшй» у м.Юровоград1 в 1987 р.; - на республжанськш науково-практичнш конференцп' «Союз науки i правстики до 100-ртя Петровки» у м.Дшпропетровську в 1987 р.; - на II, III i IV м^жнародних науко-вих конференщях «Maxepi'ajin для будовельних конструкцш» у м.Дшпропетровську в 1993, 1994, 1996 p.p.; - на м1'жнародшй науково-техшчшй конференцп «Теоргя i технологш npouecin пластично! деформаци» у M.MocKBi в 1996 р.; - на II м!жнароднш конференцп' «Конструкщйш та функцюнальш Maxcpiaira» у M.JIbBiB в 1997 р.; - на Об'еднаному науковому ceMiHapi Крамвсько\' прничо-металургшпсп академп i Польсько! академп наук «Проблеми пластичного формозм!нювання метал1в» у м.Крагав в 1997 р.; - на I, II, III мшнародпих снмпоз!умах " Стан та розвиток процсс!в пластичного деформування меташв" (Хорвата) у m.CnjiiT та Шибеник в 1993 , 1996, 1998 p.p.; - на наукових сем1нарах Национально! метал урпйно; академп Украши, Московського шституту CTaJii i cruiaBin, Длшропетровського державного университету, ii(статуту Чорнсн мсталургн нацюнально!' академп' наук Украпш.

Пубшкаци. Основннй зм1ст роботи оггублшовано в 40 статгях i в навчальному фшьм1 «Моделюваиня процеав прокатки». Нов1 науково-тсхшчш рнлення захищеш 10 авторськими свщоцтвами на винаходи i патентами.

Структура дисертацц. Робота складаетъся 13 вступу, п'ятьох роздшв та висновгав. Бона викладена на 305 cropimcax, включае 18 таблиць, мостить 93 шюстрацн, список лггературних джерел - ¿з 299 найменувань та 17 додашв.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

АНАЛ13 СТАНУ ТЕОРИ ЕКСПЕРИМЕНТУ У ОБРОБЦ1 МЕТАЛ1В ТИСКОМ

Розвиток теорп 1 створення нових технологий пластичного формозмпновання металт юютно стримуються низьким ршпем експеримен-тальних дослвджень. Вщ вимог часу усе бшьш в1дстае теоретичне обгрунтування експерименту. У галуз1 обробки метал1в тиском осташтя фундаментальна праця з теорп под1бност1, прим1ром, внйшла друком майже три десятилптя тому. Кр1м того, лабораторна техшка для м оделю вання таких складних ф1зичних явищ, яю

мають мюце при пластичному формозмшюванш метал ie i сплаш'в, украй недо-сконала. Особливо це характерно для наукових лабораторги Украши, де традшщшо вкрай недостатньо залучалися сучаст ф1зичю методи експери-ментально1 мехашки - фотопластичшсть, фотопружшсть, муар, голографы та ш.

Теорш пластичное^ i приндипи створення технологш пластичного формозмиповання мета!пв базуються на численних припущеннях. До них вщносяться: постулат Друккера Д., гшотеза «траекторий деформацш мало! кривизни» Ьшопшна A.A., гшотеза «едино! криво!» Людвика П., умова Прагге-ра В. i ш. Тому тсорш пластичносп вспромоз1 описувати лише пронеси деформування реологшно простих металт, 13 монотонно зростаючими функцшми а - е, при вельми полпрних деформац1ях - в < 0,1 ..0,2. Лнал13 напрямив у Teopii пластичности, виконаний В.Д. Юпошниковим, призвав до висновку про те, що : «... як буде виглядати теор1я пластичиост1 складного навантаження в термшах великих деформацш, незважаючи на наявш розробки, поки що не ясно». Безсумшвно, не можна не погодитися з таким твердженням, В1дг*пчаючи водночас його неповноту: навить у випадку створення розширено! Teopii пластичности котра буде враховувати велит деформацп i складшеть навантаження, поза рамками ii уваги залишаться класи численних реологшно складних, тобто схильких до аномального динамтюго роззмщнювання, метал iß i с плав ib. А поки, усупереч широко вадомим експериментальним даним Cook Р., Suzuki Н., Полухша П.1„ Галюна О.М., Поздеева О.О., Bailey I., Ballance J.B. i ш. з реологп метал!в, отриманим при гарячш деформацп, або даним Бахметьева Н.П., Зинов'ева О.В., Вишнякова Я.Д., Полухша В.П. i in., отриманим при холоднш деформацп, в основних теоркх пластичностс, що базуються на постулат Друккера Д., метали з! складною реолопею anpiopi вщхилялися як «не реальш», якщо дотримуватась термшологп JI.M. Качанова.

Такий стан склався не стшьки вщ вимушено! нсобхщносп щеатзувати властиBocri матер1алу в теоретичних розрахунках, скшьки через усталешсть попшадв-на те, що в процесах обробки тиском залежшсть течи металу вщ особливостей його pconorii не носить принципового характеру. А реологшш крив1 с-ё використовувалися, головним чином, для визначення штегральних силових napaMeTpiB процешв. Щодо вивчення впливу реологпшоГ складносп метал1в на розвиток Ix деформацш, то нашть задач1 таи не ставилися.

Вивчення законом1рностей деформування металт i3 складною реолопею поки що можливе "пльки експериментальним шляхом. При виконанш дисертацшного дослщження було вирннено низку непростих проблем експерименту стосовно до вивчення nponeciB пластичного формозмиповання PC метали. Одшсю з них проблем було одержання достов1рних даних з реологп метатв. Другою, котру шод! називають проблемою розм^рностей, було встановлення закошв фiзичнoгo моделювання пронес ¡в ОМТ - Teopii под!бносп.

Третя.проблема полагала в створенш на 6a3i закошв моделювання В1Дпов1дно'1 лабораторной тсхшки. Фактично eci три зазначеш проблеми дуже ticiio пов'язаш noMixe собою, тому зневажання яким завгодно, на перпгай погляд незначним, аспектом хоч одше! з них призводить експеримент до недосконалосп, а результата такого дослвдження - до недостовфносп.

Виконано анал1з розроблених ранйп численних критер1альних р1вшнь под1бносп процсав ОМТ. З'ясовано, що nepuui спроби встановлення закошв моделЮиання в ОМТ здшстовалися ще в минулому стор1чч1 Кирпичьовим B.JI., Юком К,, Грум-Гржимайло B.G. Помтшй внесок у створення основ теорц моделювання внесли Губкш C.I., Иллюшин А.А., Чекмарьов О.П., Тарновський 1.Я., Видрга В.Н. i багато ш. Були розроблеш ряди критерив геометрично'1 тюд(бпосп', започатковано створення Teopii peojioriiiiioi под1бност1.

Першими фундаментальними розробками з Teopii подШнос™ в ОМТ rain вважати монографи Чижикова Ю.М. (1963 p. i 1970 р.). Створення ним критср1-альних р1внянь уперше було здшснено на ochobi розробки математично! модел] процесу. Проте, ня модель була ще недосконалою. До ней невииравдано були залучен! pi3Hi групи фiзичниx piвнянь: деформацшно! Teopii i в'язко! ньюго-швсько1 рщини, тобто вш вважав метал твердим середовищем i рвдиного одночасно. Це призвело до одержання критерив, що не дозволяють адекватно забезпечуваги реологшну по/пбшсть. KpiM того, до низки критерив под)бност1. усупереч Teopii, було хибно залучено коефвдент тертя.

У монографи Смирнова B.C., Григор'ева А.К., Карачунського А.Д. i in.. (1971 р.) з Teopii nofli6HocTi npouecie прокатки було зроблено черговий важливий крок, що полягав у розвитку Teopii реолопйно! тюд1бпосп. До математично! модел4 процесу автори вперше залучили реологшне енергетичне piBiMinm металоф1зики. На жаль, ' цей напрямок не одержав подальшого розвитку. Причиною виявилися труднощ1 у визначенш реолопйних констант реальних меташв.

Незважаючи на недосконалосп, 3a3Ha4eHi Teopii вдаграли помгену роль у розвитку експерименту. Проте, побудоваш на тих же постулатах i ппотезах, що i теория ОМТ, вони були нсспроможш стати основою для вивчения процеав пластичного формозмнновання метал1в i3 складною реолопею.

ДОСЛВДЖЕННЯ ЗАКОНОМ1РНОСТЕЙ РОЗВИТКУ ДЕФОРМАЦП METAJIIB 3 СКЛАДНОЮ РЕОЛОГИЮ

Теорш обробки метамв тиском розвивалася на ocuoBi ряду концепцш. У першш - геометр ичшй - реологшш властивост) металу не враховувались. У наступит концепт'] - зовтшнього тертя - уже якоюсь Miporo враховувалися

властивосц металу, що гадлягав деформуванню, проте побмно, через вплив "нмскладу металу" на коефвдент тертя. В концепцй "зовнппшх зон", що розроблялась у рамках ппотези «плоских перетшпв» осередку деформацн та використовувалась для визначення штегральних силових пapaмeтpiв пpoцeciв ОМТ, реолопйним властивостям металт також не придшялось достатньо! уваги.

У сучасних умовах, коли до якост1 вироб1в, яю виготовляються методами ОМТ, висуваються усе бщьш висои вимоги, побудова новнх технологш у рамках традицшних концепцш уже не видаеться можливою. Тому розвиток ново1 концепцй, у якш превага надаеться реолопйним властивостям мстал1в, з метою активного формування споживчих якостей вироб1в, е вкрай необхщною. Встановлено, що у розв'язаннях задач ОМТ реологшш властивосп сталей та сплав1в не слад щеалЬувати, зважаючи на те, що багато з них вщр1зняються ктотною реолопшгаю складщстю - наявшстю екстремум1в на кри-вих о-ё (рис.1). Сталь 45, наприклад, зпдно з сучасними дослщженнями, характери-зуеться одним максимумом, алюмшш - бщьш складний, а мщь - ще складшша, бо мае три -чотири екстремуми на кривих о -1. Особ-ливими властивостями вщр1зняегься чисягий свинець. Це реологшно багатоликий мaтepiaл: при деяких помфних швидкостях деформацн -реологшно вш простий, тобто такий метал, що монотонно змщнюеться; при великих швидкостях - його крив1 о-в з одним максимумом; при менших вш мае два екстремуми - максимум 1 мнпмум. На жаль, проводячи «моделювання на свинти», багато автор1в навггь сучасних наукових публнсацш не тшьки не враховують реологшш особли-косгп свинцю, але деколи не щкавляться навпъ його маркою. Це призводить до одержання неузгоджених результата дослщжень, аж до таких, що суперечать один одному, 1, врешп решт, до необгрунтованого висновку про неприйнятшсть використання свинцю для вивчення процеав ОМТ. Проте, свинець, що мае чудову властивють рекристалиуватися при ммнатнш температур!, с единим материалом для моделювання процес!в гарячо! деформацн сталей [ сплав1в.

На основ! дослщжень свинцю 1 його сплавав розроблеш науково обгрунтоваш рекомендацн, щодо 1х використання у розв'язаннях фундамен-тальних) технолопчних задач ОМТ.

0,2 О,* О,

0,2 0,4 0,6 í

Рис. 1. Реолопйна складшсть металт

Реологшний феномен свинщо був ефсктивио використаний у сери' до-слщжень, що дозволили вперше промоделювати закономфност! розвитку дефор-мацп при пластичному розтягуванш зразюв метал ¡в у залежное^ вщ реологшно!' складносп.

На рис.2 наведено зтпмки зразюв свинщо С1, теля стандартпих випробуваиь на розрив при р1зних швидкостях деформування, тобто в резких рсоло-гшних режимах. Виявляеться, що в залежноси шд характеру криво! о - е законом1рност1 розвитку деформацш суттево вщршипотъея. У реологшно простих режимах (1 1 3) розтягування зразыв супро-воджуеться ш'домими деформацшними аномал ¡ями (першого порядку): значним р1вном1рним подов-женням (3) або утворенням шийки (1). Вщносне подовження зразюв 5 при розтягуванш в режим! монотонного зм1цнеш1я складало 80%, що вщпош'дае довщковим його значениям. На вщмшу вщ цього при розтягуванш у режим! роззм1цнювання величина 5 ледь сягала 35. .38%. Руйнування зразив при дьому не супроводжувалось зниженням пластичних власг тивостей металу - вщносне звуження у=100%.

У цих дослщах уперше споспериалось явшце деформацшних аномалш вшцих порядив. Було з'ясо-вано, що воно полягае в прискоренш локатзацп шийки на зразках, яке обумов-люеться аномальним динашчним роззмщнюванням металу в шй, або в упо-вягьнешн цього процесу 1 формуванш р!вном1рно подовжено! шийки у випадку вторшгаого змщнення металу при розтягуванш свинщо 1идпов1дпо до ходу криво! а - 8(див.рис.2-2).

За результатами анашзу вщомих та авторських даиих щодо реологп та вивчення закономерностей розвитку деформацшних аномалий ус! метали, що пластично деформуються, розподшено на реологшт класи ргаю! складнот (рис.3), Першвй кдас включае релопйно проел метали, котр! не змщнюються, наприклад, технично чистий титан при 900°С. Другий клас - це реологшно просп метали, що змщнюються та характеризуютъея монотонним зростом фунюш ст - ё . До цього класу вдаюсяться практично ус! метали 1 сплави, що шддаготься холодному деформуванню, та початков! стадн гарячо! обробки !х тиском. Третш клас метал!в в!др1зняеться наявшетю одного максимуму на кривих а-с. Це,

Рис.2

Дсформацштп аномал!! при пластичному розтяз! свинцю С1.

Подана та пройшла попередню експертизу заявка № 51-ОТ-12189/ВС на вщкриття «Явление деформационных аномалий высших порядков у реологически сложных металлов».

практично, yci вуглецсш i бшышсть легованих сталей при температурах гарячого деформування, а також деяи кольоров1 метали. Продес Гхнього пластичного роз-тягуванпя супроводжуеться прискореним формуванням шийки за рахунок аномального роззмщшовання металу в нш. Це явище, котре спостершалось вперше, назване неоднородною деформащйною аномал1ею другого (вшцого) порядку. При аналш реолопйних особливостей третього класу було встановлено, що вони сутгево В1др1зняються за ступенем реологшно1 складност1 (1/ех). Деяга з них мають дуже невеликий характерис-тичний ступшь деформацй' . На-приклад, сплав Zr з 2,5% Nb роз-змщшоеться вже при 2..3% деформацй, тобто характеризуеться особливо висо-ким ступенем реолопйно! складноси. Четвсртий клас метал ¡в вщр1зняеться наявшстю двох екстремулив на реолопйних кривих а - с : сттах i CTmin. Як i на зразках метал ¡в III реологшного класу, шсля ёх шийка формуеться прискорено, але noTiM матерхал виявляе чудову влас-тивють: зразок не руйнуеться, а piBHO-м1рно розтягуеться за рахунок вторин-ного змщнення металу в област1 шийки. Так деформуеться, наприклад, алюмшш та його сплави при гарячш обробщ. Метали, що вщр1зшаоться наявшстю трьох або бшын екстремум1в на кривих ст-е (мщь i S сплави) вщнесеш до п'ятого реологшного класу.

Можливють кшыасного моделювання процешв ОМТ на свинш була показана.в роботах автора, виконаних шд кер1вництвом академжа Чекмарьова О.П. (1975 р.). Вперше свинцево-сурм'янист1 сплави з щею метою були вико-ристаш в Московському шституп стал! i сплавш (Воронцов В.К., Полухш ПЛ. i ш.), а «узаконено) були у якоеп реологшних моделей на pmiri винаходу Уральською науковою школою прокатшшв (Колмогоров В.Л., Богатов О.О., Мигачов Б.О. i iH. у 1977 р.). Проте щ сплави, як з'ясувалось, е такими, що монотоно змщнюються.

Виконано пошуков1 дослщження i вперше створено новий клас РЬ-сплав1в, що легко деформуються, - модели метал!в з ргзним ступенем реолопйно\' склад-

Реолопя металу Етапи роэтягу зразмв i деформацшш аноналм

С 1 6,. 6, --е п 1 1 1 4J Деф. иеодкор. проста

i 'у? --е Г i -iJ -A. In 1 1 ! 4-1 ол op o,. Деф пор. )Ш Г по Д'Ф- днор. рядка t г

0 ИК L-L— е i i j o,. 1(1 1+1 Ii I Чг j M op Си Деф. нор. ми 1||1 =а f t

IV -!-£ t, %, 6 ft- Г i 4- 0„ Л 1 i i T «J о? в». Ясф. нор Ш1 не ine 16,, |б„ Я«Ф ОДИОр. >р»д«» Ii OAWp. 2 «го редка rW Д«Ф «од пор 3порядка

Рис.З. Реолопйш класи металш

нот. Стльний шшиз реологи них сплавт, металограф1чних структур, дааграм • стану дозволив вибрати легуючий метал. Ним виявився натр1й. Технолога . одержання сплав1в полягала в тому, що РЬ 1 Иа, вкрай р1зн1 за своши ф1зичшшн властивостями, сплавлялися у вакуум1 в запаяних цилшдрах ¡з кварцу. Отримаш зливки пресувалися 1 за спещально розробленою технолопею методами ОМТ виготовлялися цилпщричт зразки для пластом спршпшх випробувань.

Через те, що осадку зразюв на пластометр1 здшсшоють у закритих кон- | тейнерах, дослщник не мае можливосп спостер]'гати за розвитком 1х деформацн.., Тим часом, зразок реологшно складного металу може тимчасово набувати ршю-маншю! конф1гурацн, але з заюнченням процесу знову набирати цилшдрично! форми. При зовншппй добротност! такий експеримент украй недоско-налий, а його результата - недос-тов]рш, тому, що не виконуеться основна вимога - не забезпечуеться однорщшсть деформацн. У зв'язку з цим розроблено новий споаб плас-тометричних випробувань. Вш дозво-дяе контролювати розвиток дефор-мацш за допомогою вщео- або ино-анаратури. Запис змши форми зразка здшсгаосться в автоматичному режима через наскр1зне вжно контейнера. Розм)рами концентричних вистут'в на торцях зразюв I комбшащею про-мгжних прошарюв (мастило, шпвка, абразив...) забезпечуеться однорщшсть деформацн.

На рис.4 наведеш реологшш крив1 ст - ё, одержат при температурах 15°С 1 швидкосп деформацн ¿=0,3 с"1, таких сплавав: А- свинцю С1 (99,98% РЬ); В -сплаву з 0,1 % Ыа; С -сплаву свинщо з 0,6 % Иа; О - сплаву свинщо с 1% Иа. Збшылсння наявносп Ыа у сплав1 1стотно змшюе ха-рактеристичний ступшь деформацн ёх (вщ 0,63 до 0,23), тобто посшпое ступшь реологшно! складност! 1/ёж вщ 1 до 5,0.

Законом1рносп розвитку деформащйних аномалш зразшв значно залежать вщ ступеня реологшно! складносп сплаву. На рис.5 наведено зшмки осаджених зразюв на пласто-метр! без мастила. Зразок реолопйно простого металу отримав форму бочки 13

Рис.4. Реолопя нових РЬ-сплав1в

6 к. ©

в 01, Е..О.М 1 щ

Рис.5

№

Реолопя неталу

к:

о

и:

о

Деформация, £

0.4

переходом частили б!чно! поверхш на робочий контакт з шструментом. Зразок реологшно складного сплаву Б одержав форму з б!чною ув!гнупстю, а частина його бшякон-тактних об'ем1в перейшла на б!чтту поверхню. Процес протаае переважно в умовах змщнен-ня основного об'ему зразка при безупинному роззмх'днюванш лриконтактних прошармв за рахунок бшьш високих ступешв деформаци його мшронер^вностей. Незважаючи на не-значну глибину рельефу (<0,3 мм) на контакп, об'ему цього металу (що роззмщнюеться) достатньо, щоб шщювати переважну деформацию 1 бшьш в1ддалених В1д контакту прошар-кт металу 1 принципово змшити закономфно-сп його течи. На рис.6 наведет узагалыюш законом1рносл розвитку деформацшних аномалий при пластичному стисненш без мастил зразгав сплав1в у залежноси вщ ступеня 1хньо1 рсолопйно! складноси.

Реологшна концепщя формування осередку деформаци при прокатуванш розроб-лялася на основ1 вивчення законом!рпостей

нестащонарно! течи меташв р)'зно! реологшно! складност методами ф13ичного моделювання на розробленому та виготовленому автоматизованому лабораторному комплекс!. За його допомогою розкрито одне ¡з найскладнииих явшц пронесу прокатування високих штаб - утворення кшцевого накату, котрий е причиною великих утрат металу та зниження якост1 прокату. Встановлеио, що пусковим мехашзмом в осередку деформаци е винятково висока вихщна нер1вношртсть деформаци з локал1защею в бщяконтактних гз валками об'емах металу у вигляда ядер максимально! нггспсивносп швидкостей деформаци Нтзх (рис.7).

•• При проходженш ядер Нтах реологшно простим металом його змщнення посилюеться - течш бшяконтактных. про-шарив металу стримуеться. Реологшно складний метал III класу, до якого належать ус! рядов! марки сталей, при проходженш

Рис.6. Деформащиш аномалп сплав! в РЬ-Ыа при пластичному стискуванш

ядер Н1ШХ, навпаки, роззмщнюеться г бшя-

Рис. 7. Ядро НП|а, при прокатуванш високо! штаби. Метод муар

контакта! його об'еми швидше за глибинш спрямовуються до виходу з осередку

Реолопя металу

Схема развитку деформацн

/ Ит«

Форма кЫц1вки штаби

деформацн, формуючи накат (рис.8).

Суттеве посилення нер!вном1рност1 деформацн при прокатуванш високих штаб, крш того, попршуе ягасть металу по макроструктур!.

Реологшна складшсть металу й

особливосп високого осередку _ _

деформацн з наявшстю ядер Нтах е також причиною розширення штаби в вигляд1 подвшно! бочки, що сприяе локал1зацн дефекпв по в ¡сям перетяну штаби. При дослщженш закономерностей розширення вперше виявлене 1 вивчене явище ашзотропи дина-м1чного деформацшного роззмщ-нення меташв 31 складною реолопею.

Виявилося, що об'еми металу, що йдуть на розширення при прокатуванш РС металу, в деюлька раз^в мешш, шж при прокатуванш реолопйно простого (рис.9). Причиною цього е переважне роззмщ-нювання 1 теч1я РС металу в деформацн.

В уах розглянутих вище видах пластичного формозмшювання РС ме-тал1в !хш деформацн мають законошр-Н0СТ1, ЩО принципово В1ДР13НЯЮТЬСЯ В1Д узвичаених уявлень у мexaнiцi великих деформацш. Результатами дослщження законом1рностей пластичного формозмшювання реологшно складних мета!¡в установлена нетехнолопчшсть традицш-них способ1в 1хньо} обробки тиском. Проте, створення в рамках реологшно! концепцн принципово нових технологи, що вщр1зняються високими параметрами деформування, може бути отримана ¡стотна економ1я метал1в 1 енергп, а також шдвишена ягасть продукцй.

Рис.8. Мехашзм формування осередку деформацн. Накат

напрямку бшьшо! головно! (поздовжньо!)

Рис.9. Розширення при прокатуванш'. Деформащйна ашзотрошя роззмщнювання.

РОЗРОБКА ТЕОРИ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕС1В ОБРОБКИ ТИСКОМ РЕОЛОГ1ЙНО СКЛАДНИХ МЕТАЛ1В

На основ! фракцшного анал!зу, положень класично! теорн под1бност1> з використанням р!впянь теорн пластичности додаткових, експерименгтально отриманих залежностей, а також додаткових параметр1в розроблена наближена математична модель процеав гарячого деформування метшив 31 складною реолопею. Нижче наведен! и складов!.

Диференщ'альм рмняння руху

(1)

9Х| Эг

Впливом шерцшних сил при швидкоеп прокатування меиш 30 м/с зневажено.

У якосэт ф!зичних сп!вв!дношень використовуються р1'вняння Сен-Венана-ЛевьЛУЙзеса, що не м!стять прушгах складових:

гг =т

Н ^' ^ н до, _ ао, 1 дУу <*х дх ' 1у ду дх

Система р1виянь включае також умову пост!йност! об'сму металу

0. (4)

Методами теорн повзучосп розроблеш математичш модел1 (Поздеев О.О., Тарновський В.Й., Шварцбарт Я.С. ! ¡п.), що добре описують реолопйну складшсть метал!в. Проте, вони мхстять велике число параметр!в ! не можуть бути використаш для побудови теорн под!бност!, бо це призводить до одержання велико! юлькосп критернв моделювання. А дотримання нав!ть одного додаткового критерио подгбносп для експериментатора складае значну проблему, 1нод1 таку, що не виршуеться.

РеопогЮна модель, що оптгашзоваиа вщносно кшькост! параметр!в, ! така, що описуе метали з! складною реолопею, була розроблена на основ! щкаво! властивост! кривих с-е бшьшост! сталей 1 сплав!в: у великому дапазош швидкостей деформаци !хшй характер залежитъ, у переважнш бшьшост!, вщ ступеня деформаци.

В ¡дома залежшсть (метод термомехан!чних коефщ!ентш, Зюз!н В.1. та ш.) добре описуе метали, що монотонно змщнюються:

де = ~Лху + а = ~-т-• (3)

с = ке -к, -к, -ов =(—Г -(—Г4 -е-«'^ -сб, (5)

де еб,вб,1б - деяга базов1 значения параметр!'п ступеня, швидкосп деформацита температуря, а гаЕ,т6,т4 - реолопйш парамегри.

1з структурно! реологшно! модел1 металш теорп змщнення-вщпочинку

£

ст=ст0 +Б-Е-ехр(--) (6)

одержана задежшеть для визначення коефппента деформацшного змщнення-роззмщнешга металш, що враховуе !х реологшну складтсть:

= (7)

де Т>/а0 - безрозм(рний модуль змщнення;

е 1 ех - вщповщно поточний та характеристичний стуга'нь деформацн. На основ1 використанпя залежностей (5) 1 (7) отримана ошжпзована вщносно кшькосп парамеф!в реологшна модель РС меташв:

<т =

£

1 + Ье-ехр(--)

вш^ет<1А, (8)

де Ь = О/а0 1 А = аб ■ ею< <б /ёбт* - реолопйш константа.

Численш переварки розрахунками показали, що розроблена модель (8) задовщьно вщображае реологшш властивост1 метал1в р)зного ступеня складпосп.

1з вЮомих р'1внянь узагальненого закону Гука вочевидь випливае прийняття пружних рсолопйних параметр!в: модуля пружност1 Е та коефодеита Пуассона (X для матер!ал!'в шетрументу, а також для смут металу, що деформуеться, у випадку, коли пружш !х деформацн вeликi.

Умови контактно)' взаемодн при правильному вибор1 моделей матер]а'пв валив 1 металу, що деформуеться, в1дпов!дно до вимог Держстандарту 2879-74 щодо шорсткосп поверхонь, забезпечуються параметрами:

ЯаМр. ' (9)

При використанш парамстр1в (9) враховуються напрямки шорсткостей 1 !хпя приналежшеть до поверхонь металу або шетрументу.

У якост1 додаткового р1вняння, що вщображае властивост1 технолопчного мастила, використана емшрична залежш'сть:

т] = г,о-ее'ст, . (Ю)

де а, т]0, 9 - вщповщно: тиск, динам!чний та п'езо- коефпцепти в'язкоеп.

Додатковi параметра, ЩО характеризують властивосп промпкних прошаркпв пом1ж валком i штабою, враховуються властивостями окалини:

Еок5 ИОК! ^Sok- (11)

Параметры (незалежш), що однозначно описують геометрно продесу прокатування - вихщна i кшцева висота штаби, вгоадна и ширина, рад]ус валив i вихщна довжина штаби:

Н, h, В, R, L. (12)

3 використанням методЬ норматзацн р1внянь, методш аиашзу роз-м1рностей та фракцшного анализу були розроблеш шдсистеми критернв подй-HOCTi, KOTpi наведен i нижче.

Геометричш критерп под1бносп:

—= idem; ;r2= — = idem; tc3 = —= idem; %л~ — = idem. (13) 1 Н 2 Н 3 Н Н

Ммрогеометричн/ критерп похнбностк

Ra Ra t R* ..

я* =—i = )dcm; кА =—- = idem; %n --=- = iaem;

5 R 6 R 7 R

n8 = ^^- = idem; n9=^L = idem. (14)

Kpumepil' nodidHOcmi пружно-пластичних властивостей системи:

E E E jt10 =-5-= idem; nn =---= idem; жп =-—-= idem;

vH/ vH/ vH/

Яц =--= idem; nl3 = —^— = idem. (15)

v H • . H

Kp'umepii nodi6Hocmi технологмних мастил:

='~■ = Wem; тс16 = 9 - А-(^Г6 = idem. (16)

AH H

Критерш под1'бност! шерцшних сил (для випадюв моделювання швидзасних процеав):

2

,г17=—P^s-= idem . (17)

Н

KpHTepii нодшносп, що отримаш без перетворення параметр1в (без-po3MipHHx) - л18_28 = idem:

*24 ^25 =еж;^26 =тё ; *27 =Ь; 7128 =т1 (18)

У (18) стршки позначають напрямок шершавостей, зфочки -приналежнють до штаби.

Теоретичним анал130м встановлено, що експериментальш дослщжепня в умовах реологшно! автомодельное^, тобто «сталь по стал!» неможлив! у принцига через суперечливкть вимог критернв подШностт геометричш критерл потребують зменшення швидкостей деформування, а тсплов1 - збшьшення. У" зв'язку з цим наближене моделювання на свинцевих сплавах у рамках 1зотерм1чного протшання процес1в е поки едино можливим 1, як показуе практика моделювання, е високоефективним за умов, коли дослщження проводяться згщно з вимогами теорп подобность

Як приклад визначення штегралышх характеристик пронесу запропоно-вано, Т1 що визначаються, критерп подебносп зусиль 1 момента прокатування:

Р М =-= 1(1ет;тсх =-= 1(1сш , (19)

А • (—• 1 • В Н

В \тл

А-(—) Н

1 В Я

де 1 - протяжшегь контакту з валками, що визначаеться ексиерименталыю.

. Одшею з найбшып важливих 1 вщповщалыгах задач при моделюванш процесш ОМТ е виб1р сплаву, що легко деформуеться, в якоеп моделх гарячо! сталь Розроблена методика визначення параметр1в 1 критернв реологшно! под!бносп, а також зразмш таблищ гощбних сталей (натури) 1 вадловщних сплавав (моделей). На рис.10 показаш имейства реологшних кривих стал! типу 1X13 при 900°С (натура) \ под1бного до не!' сплаву РЬ+1% Иа при 15°С (модель).

Розроблеш системи критерпв по-д1бносп процеав прокатування без особливих утруднень можуть бути трансформоваш для шших вид1в

обробки метатв тиском. . Рис.10. Параметри реологшно!'

подабносп

РОЗВИТОК ТЕХН1КИ ДЛЯ Ф13ИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ НЕСТАЦЮНАРНИХ1АСИМЕТРИЧНИХ ПРОЦЕС1В ПЛАСТИЧНОГО ФОРМОЗМ1ШОВАННЯ МЕТАЛ1В

Постановка i реал1защя експерименту у галуз! ОМТ е непростою задачею навггь для досвщчених дослщшшв. Це обумовлюеться не тшьки вшштково високою складшстю досладжуваних явшц, але й вщсутшстто спсщатзованого устаткування i апаратури, що дозволяли б проводите дослщження вцщовщно до вимог Teopii' 1кдабносп, а також таких, що дозволяють ефекгивно використовувати сучасш методи експериментально1 мехашки - поляризацшло-оигачний, муар, наукову кшозйомку, голографш, електротензометрцо та ш. Тобто, без грунтовного теоретичного i техничного забезпечення ефектившсть експерименту, як правило, невисока, а його результата - мало достов1рш.

Переважна кшьюсть опублшованих в останне десятшитгя наукових праць (стагп, монографн) присвячсш розвитку Teopii' планування експерименту, розробщ методтв математичного i комп'ютерного опрацювання експериментально! шформацп. I майже немае праць, що спрямоваН1 на створення TexHiiai для експерименту або на розробку 3aco6iB для шдвшцення достсшрносп первинно1 експериментально! шформацп.

Вперше на основ! вимог Teopii под1бносп i нових техшчних рнпень створено автоматизований лабораторний комплекс для ф1зичного моделювання нестацюнарних i асиметричних процеав обробки тиском реолопйно складних метатв. Комплекс включае:

- безшпиндельний прокатний стан hoboi конструкци для моделювання з використанням муар-методу процеав поздовжнього i поперечного прокатування з пост!йним i перемшним обтисненнями з зусиллями до 350 кН;

- спещал1зований прокатний стан для моделювання ироцеЫв прокатування поляризацшно-оптичним методом;

- нреси для моделювання процесиз осадки, пресування, висадки, штам-пування з зусиллями до 250 кН;

- HOBi npo3opi з р!зними пружними характеристиками мoдeлi деформиру-ючих шструментш (валки, штампи, пуансони...) i пристро! для визначения оптико-мехашчних характеристик;

- тензометричний комплекс апаратури i вим1рювач1в зусиль, мометтв, перемицень, часу i in.;

- комплекс апаратури i приекмв для юно- i вщеозйомки;

- ново!" конструкци поляризащйно-оптичш i муар-установки, що дозволяють дослщжувати нестацюнарш процеси ОМТ;

- пристро!' для виплавки нових сплав1в-моделей, що легко деформуються;

- пристрсп для реал1зацн нового способу пластометричних випробувань котр1 забезпечують однорщшсть деформацп при б > 1. .1,5;

- високоточш еталошй растри для дослщження пропест ОМТ методе \

муар;

- пристро'1 для решпзацй нового способу нанесення на зразки методо\ пластичного деформування високоточних (Д± 0,02%) расщнв;

- серио пристрогв I пристосувань для виготовлення, кашбрування I термо-обробкн зразив для моделювання р1зномаштних процеав ОМТ;

- сучасну метролопчну апаратуру й шетрументи, високоточш тарувальн преси.

Розроблена, виготовлена 1 використовуеться в лабораторних 1 промислови? умовах нова автоматична, оригшально! конструкт!, малогабаритнг е л е ктр о м е ха н 1 ч н а система «миттевого» скидання навантаження для одержанш без викривлення «миттевих осередив деформацй» при моделюванш р!зно-маттних процес!в обробки тиском реолопйно складних метал! в.

Стосовно до дослщження нестащонарних 1 квачютацюнарних процеси обробки тиском метал1в Ь складною реолопего одержали розвиток технка да* реашзацн методш муар 1 поляризацшно-оптичного: розроблеш нов) установки створеш нов1 материала для моделей шетруменпв, що деформують; розробленик новий споаб виготовлення еталошгах растр!в високо! точноеп.

Комплекс оснащено системою програмного керування для проведиш дослщжень швидкоплиних процеав в автоматичному режим!. Продуктивнтстт експерименту в такому peжимi ш'двищусться в 10..50 раз1в 1 ¡стотнс розширюеться клас розв'язуваних задач.

Використанням комплексу для фундаментальних дослщжень процес[Е пластичного формозмшення 1 для розробки методами ф1зичного моделюванш? нових технологш показана ефектившеть експерименту та достоверность одер-жуваних результата при необхщнш !х точноеп.

Ф13ИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСШ ПЛАСТИЧНОГО ФОРМОЗМ1НЮВАННЯ МЕТАЛ1В Р13Н01 РЕ0Л0Г1ЙН01 СКЛАДН0СТ1. НОВ1 ТЕХНОЛОГИ

Ф1зичпа модель - це комплекс обладнання та вимipювaльнoй апаратури. що дозволяе вщтворговати 1 вивчати явище або процес гз параметрами, змшеними в масштабах вщпов!дно до вимог тсор!! под1бност1. Цим визначенням пере-думовлюеться 1 послщовшсть створення моделей: визначаютъея критерп подаб-ноеп пронес!в, вибираються й адаптуються методи дослщжень, розроблясться устаткування для здшенення процесу в лабораторних умовах та системи

вимфювачш 1 автоматизаци експерименту.

Розроблено лабораторш ф1зичн1 моде л 1 та вивчено процеси: прокатки у валках, прокатки на штамп!, висадки, пре-сування в закритих матрицях.

Результата моделювання використаш при створенш нових технолопй, устатку-вання, шструменпв. При цьому суттевого подальшого розвитку набули поляриза-шйно-оптичний метод та метод муарових полос.

,На рис.11 наведено одержат вперше поляризацшно-оптичним методом епюри контактних напружень при прокатуванш свинцевих штаб р1зно1 висоти у валках з оптичних марок скла (модель гарячо! прокатки). Виявлеш цкав1 законом1рносп картин штерференцп. Встановлено, напри-клад, що максимум епюр сгу ствпадае з

ФОРМА НПЮР

: \

!

7 Г

(

—-

Рис.11

найбшьшем значениям <Т] - ст2 поля валка,

а змицення !х максимуму до входу в осередок деформацп передумовлюеться локагпзащею параметр1в деформування металу - ядрами Нтах (рис.12).

Комплекте застосування р1зних методов дослщженнь не тшьки шдвищуе достов1ршсть результата дослщжень, але 1 дозволяе розкрити мехашзми \ законом1рност1, що не спостерналися ранние. Особливо ефективним е використання оптичних метод!в при моделюванш нестащона-рних процес1в. Наприклад, вперше з урахуванням вимог критернв под1б-ност! на ф[зичнш модел1 були вивчеш контакта! напруження при захопленш штаби валками 1 встановлено, що процес заповнення осередку деформацп металом не може йти з повним вщставанням, як шод! вважають, а

обов'язково при наявност! зони Рис.12

випередження. На (¡лзичних моделях продесу прокатування тонких 1 середшх смут ¿з задшм натягом вперше доведена недостов1ртсть метод1в визначення коефпненту тертя, котр1 засноваш на зовшшньому силовому вплив] на осередок деформапй. Причина цього: фубе порушення кшематично'1 под1бност1.

Процесс прокаткп на штамп! зараховують до способов понггучпого виготовлення вальцтовапням шод1 дуже складних за конфпуращею виробщ. Останшм часом вш все ширше використовуеться на маппшобуд1вних год-приемствах. Незважаючи на те, що цей способ вщомий давно, виг е наймеига вивченим, тому що при зовншшш простои вш вщр13няеться геометричною кшематичною асиметр1ею, а також 1 нестацюнаршспо.

Розроблено фпичиу модель процесу прокатування на пггамт. До не] включено: лабораторний прокатний стан, поляризащйно-оптичну установку, комплекс тензометрично} апаратури й ш. За умовами моделювання з> змшою критерпв тотбносп прокатування тонких 1 середшх смут 1з свинцевих спла*ив проводилося в шструментах ¡з оптичного високомодульного та оргашчного низькомодульного скла. Вперше було вивчено вплив на процес: вщносшн пружностг шструменту; неузгодженост1 швидкостей шструменпв; параметр!в мастил; реологшних властивостей металу, що деформуеться; обтиску, що без-персрвно змппосться.

Встановлено, що шпй вплив на процес виражений, значно бшьше, шж при зви-чайному симетричному про-катувашп у валках.

Розвиток пружних де-формацш системи, напри-клад, при охолоджуванш металу, призводить до змен-шення обтиснення 1, щлм цього, до збшьшсння середшх значень контактних на-пружень (рис.13, а), а отже, I шдвищешпо витрат енер-

гн.

1стотно впливае на процес прокатки пеузгоджегага швидкостей валка \ штампу (рис. 13,6). Тут зменшення огу обумовлене

там, що значна частина металу знаходиться в умовах деформацш зсуву. Такий

Рис.13. Вплив на процес прокатування на штамп!: а - пружних характеристик шструменту (1 - Е= 6,5х х104Па, 2 - Е=2,2х103Па); б - неузгодженосп швидкостей штампа i валка.

пронес рекомендуеться, коли використання технолопчних мастил неможливе.

Особливо значний вгахив на процес . прокатування чинить застосування гехнолапчного мастила. На рис Л 4 наведет епюри контактних нанружень, що этримаш при прокатуванш РС металу (РЬ-сплав, с1 «0,3) без мастила (Н0 =2 мм, б =24%) 1 з мастилом (пунктирш лшн). Незважаючи на незначну в'язюсть (т]=0,05 Па с), застосування мастила значно зменшило дотагаш1 нормалын напруження, а також суттево зшнило характер ixнix епюр. У результат зменшення пружних деформацш шструменту обтнснення збщьшилось, змшивши деформування металу вщ режиму змщшовання до роззмщнювання. Це ще бшып вплинуло на процес: при ¿стотному зменшенш зусилля деформацп обтиснення збшьшилось бшьш, тж у 2,5 рази - до 62%.

Результата досладжень були використаш при розробц] промислових технолога прокатування р1жучих оргашв сшьгоспмашин 1 смут перемшного перетину. У лабораториях умовах розроблений \ реал1зований новий процес: прокатування у гнучких штампах фасонних штаб перемшного перетину.

Ф1зичша модель холодно! висадки, що включае новий лабораторний прес, поляризацшну установку, юно- та тензоапаратуру 1 спещальний прозорий контейнер для доелщженяя процесу, була розроблена для розв'язання валслисо; задач! для метизного виробництва - шдвшцсння спйкосп стрижневого ш-струменту, котрий працюе в умовах особливо великих навантажень. З'ясоваш причини руйнування пуансошв, головною 13 яких виявилися тюда значения напружень на 1хшх крайках, що обумовлеш особливостями реологп- металу та покал1защею його деформацш. Розроблено новий вид пуансошв - б!метал1чш - I новий споЫб терм1чно'11х обробки. Стшкють пуансошв збшынена в 3. .5 раз1В, а економхя коштовно! стал! 5ХВ2С склала 85%. Створена та стала до ладу далянка промислового виготовлення цих пуансошв.

Реологшна складшсть мвд (ех » 1) та п схильшсть до розвитку дефор-мащйних аномалш були використаш у розробщ ново! технологи формування вуз-лш фазованих рснйток для антен радюлокацшних станцш далекого косм1чного зв'язку. Поляризащйно-оптичним моделюванням ¿з використанням реолопйно складних свинцевих сплав1в разом з 1нститутом проблем матер!алознавства гм.Францсвича Нащонально! академп наук Украши був розроблений новий спос1б з'еднання сталемадаих дротов - шляхом пластичного деформування пром1Жних елеменпв 13 мщ1. На моделях були вщпрацьоваш конструкцн

г ** \\

№ >

А. 8 К |1А-Г \f16mN

Рис.14. Спщьний вплив реолопйно! складносл металу I мастила

пристрою для виготовлення заготовок елеменпв, споаб та оснащения для !хньогс деформування, а також для кал!брування шструменту. Дослщп зразки рсшпок для антен вщр1зняються щдвтценими мщжстю 1 корозшпою спйю'спо, а також кращими електричними характеристиками у пор1ВНятп 13 паяпими, зварюваними 1 ш.

На ф^зичнш модел1 процесу повздовжньо! прокатки тонких 1 середшх смуг було виявлене 1' вивчене яптце автоколивань напруженого стану осередку деформацн. З'ясовано, що найбшып ймов!рною причиною автоколивань е мшрореологшна складность металу - стрибкоподибне роззмщшовання його кристалтв. Кшограми картин штерференцн, що були отримаш при прокатуваяш в прозорих валках, показали, що поблизу контакту коливання плок изохром хаотичш', а в ядр! максимальних значень о,1-а2 - регулярш 1 бшыл низько! частота (у дослщах - 0,5. .2 Гц у залежноеп вщ швидкосп прокатування). Явище автоколивань знайшло практичне застосування в сум1жшй галуз! - у ливарному виробництш -для в1бращйного старншя виливгав. Використовуючи розроблену в дисертацн систему миттевого скидання навантаження 1 положения про те, що коливання напруженого поля штерферують у концентраторах напружеяь, викликаючи м1кропластичш змши в метал), було розроблено новий промисловий споаб зняття залишкових напружень: крупногабаритний виливок плавно навантажуеться, а почтам миттевим сквданням навантаження приводиться у коливання власно! частота.

Особливо ефективними с комплексш дослщження, що спрямоват водночас на полшшення режиюв деформування металу та на удосконалення устаткування I робочого шструменту. У зв'язку 31 змшою технолог!! 1' необхщшстю збшьшения зусиль прокатування на блумиш металургщного заводу ¡м.Петровского на об'емних прозорих моделях поляризащйно-оптичним методом було вивчено напружений стан станин. Установлено, що вони перевантажега 1 спрогнозовано !хнс руйнування. 3 використанням результата дослщження завчасно (до появи трнцини в однга 13 станин) були спроектоваш, своечасно виготовлеш 1 встановлеш нов1 сганини. При мнпмальних витратах на модешовання було вщвернуто тривалу аваршну зупинку рейкобалкового цеху.

Результата дослщження явищ та законом1'раостей деформування метал ш 31 складною реолопею, розвитку теорп подабносп та створення ново! експе-рименталъно! техшки е науковою основою розробки нових технологш обробш таких металле тиском методами фгаиного моделювання.

висновки

1. На годстав! широкого анализу реолопйних властивостей метал ¡в 1 сплав!в установлено, що значна !хня частина, переважно при гарячому деформуяанш,

здатна до аномального роззмщнювання, тобто багато метшнв е реологшно складннми. Вони вщргзняються екстремумами на кривих а-г.

2. Експериментально виявлеш 1 з'ясоваш -п, що ранил не спостер1гались: явшце деформадшних аномалш вищих порядив при пластичному розтягуванш РС метагнв, котрий полягае в прискоренш формування шийки на зразках, обумовленого локальним роззмщнюванням металу, або в уповшьненн1 цього процесу з формуванням р1вном1рио подовженой шийки, обумовленого локальним вторшшим змщненням металу; явище деформацшной ашзотропп роззм1цню-вання РС металу, що виявляеться в пpиcкopeннi його течи у напрямку бшьшой головной деформаци; явище автоколивань напруженого стану осередку деформаци при нрокатуванш металу, що обумовлеш мiкpopeoлoгiйнoro складшстю -стрибкоподшним роззмщнюванням його кристалтв, та штерференщя авко-ливань в обласп максимальной напруженосп поля валка.

3. Виявлено закономфност! розвитку деформашшгих аномалш при пластичному стискуванш РС метшнв. Розроблено новий сиоа'б пластометричних вииробувань, котрий вщрйняеться там, що за процесом осадки ведеться безупинний вщеоконтроль ! усуваеться неоднорщшсть деформаци зразюв.

4. Розроблено реолопйну класифгкацио метал! в \ сплавйв, що уперше встановгаое яысний зв'язок мш реологшними властивостями метал ¡в ! зако-номйрностями розвитку IX деформащй. Розроблено математичну модель найб1льш численного третьего реологшного класу РС метагнв, котрй характер1зуються наявшспо одного максимума на кривих о - е .

5. Встановлено, що вщом! метода моделювання процешв ОМТ, котр! базуютъся на теоретичному постулат! про монотонне змщнення, неприйнятш для вивчешм метал1в з! складною реолопею. Для ф1зичного моделювання процессе обробки тиском РС метал ¡в розроблена нова теорш под1бносп. Вперше отримаш системи критерив под!бност!: реолопйной - для вибору матер1ал1в сплав1в -моделей металу, що деформуеться; пружно-пластачной - для вибору матер!алт моделей - шструментйв; кшематичной - для вибору швидмсних парам етр!в моделей процесйв; мжрогеометричной - для забезпечення подйносп контактних умов.

6. Встановлено принципову неможливють реологшного автомоделювашш процес!в гарячой деформащй металйв, тобто моделювання за принципом «натура -сталь» 1 «модель - та ж сталь», через суперечливють вимог критерив подюност! до швидкостей деформування. Вперше створен! реологшно складн! сплави РЬ-Ыа - модел! РС металгв. На основ! теори подюносп розроблсш: алгоритми групування сталей за реологшного подйбшстю, методолопя 1 зразков! таблиц! критер!ального вибору до них сплав!в-моделей.

7. На основ! вимог теори шдабносп вперше створено принципово новий автоматизований лабораторний комплекс для ф!зичного моделювання неста-

щонарних, асиметричних 1 га. проце<лв обробки тиском РС металхв. Вт вм1'щуе: прокатш стани 1 преси ново) конструкцп; нов1 поляризацшно-оптичш ! муар-установки; апаратуру для науково! юно- та вщеозйомки; тензометричний комплекс; пласгометричне 1 термине улаштування; компактно автоматичш пристро! скидання навантаження для одержання «митгевих» осерсдюп деформаци; модел! шструмештв нового типу, що деформують, ! ш.

8. Розроблено ф1зичну модель початково!, нестащонарно!, стадп процесу прокатування високих штаб. На основ! розвитку I використапня метод ¡в муар, поляризащйно-оптичного, кшозйомки установлен! законом!рност! формувания осередку деформацп. Визначено, що локальне роззмщтовання РС металу р1зко посюпое нер!вном1рн1Сть поля швидкостей деформацп. Спостернаеться !х концентрацш в бщяконтактних областях у вигляда ядер Нтах. Розкрито меха-шзми формування найбшьш суггевих- дефекпв: ынцевого накату, неяюсносп макроструктури металу, розширеши штаби у вигляд! подвшно! бочки.

9. Розроблено ф1зичш модеш 1 поляризацшно-оптичним методом вивчеш исстацюнарш й асимстричш процеси прокатування РС мепшв у валках 1 на штамп!. Встановлено законом!рност! контактних напружень ! показана ефек-тившсть впливу на процеси: обтиснення, що безупино збшьшуеться; неуз-годженосп швидкостей шструметтв; пружних характеристик матер!алу шструменпв; парамегр1в мастил. Результата дослщжень використаш при розроб-щ нових технолопй прокатування р1жучих оргашв сш.госпмашин I авто м б! ль них ресор перемшого перетину. Розроблено новий споа'б прокатування у гнучких штампах фасонних штаб перемшного перетяну.

10. Оптичним моделюванням процесу висадки гайок установлен! причини руйнаци пуансошв,'котр! працюють в умовах особливо великих навантажень. Розроблено новий вид I технолога виготовлення пуансошв (б!метал!чних), шдвищено! в 3. .5 раз^в стшкост!, при економй" стали 5ХВ2С ~ до 85%. Стала до да промислова дщянка виготовлення б!метагнчних пуансошв.

1.1. Розроблено новий спос!б створення вузл!в фазованих решеток ¡з полшшеними характеристиками для антен радюлокацшних станцш далекого косм!чного зв'язку. У основу способу покладено властав!сть мщ! роззмщно-ватися при деформациях ег > 1 та пластичне деформування поеднуючих елемеи-тш ¡з не! зам!сть пайки, зварювання та ш. засоб!в.

12. На основ! використання явихца автоколивань процесу деформувашш РС метал!в ! розроблено!' системи «миттевого» скидання навантаження створеш новий способ та промислова система для знятгя методом в!брацшиого старшня залишкових напружень у крупногабаритних виливках.

13. Показана висока ефекгившсть комплексного моделювання процеав ОМТ ! устаткування. Об'емне моделювання поляризацшно-оптичним методом станин блумингу дозволило при мш!мальних витратах на дошйдження спро-

гнозувати 1хню руйнацш 1 запобити тривалш аваршнш зупишц рейкобалкового цеху.

14. Реолопйна концепция знаходить розвиток у роботах шших дослцдаиюв. Теор1я, методологш 1 техшчш засоби для ф1зичного моделювання викори-стовуються в навчальних цшях 1 в розробщ нових енерго- та матер1ало-збережуючих технологш.

ОСЫОВНИЙ ЗМ1СТ ДИСЕРТАЦИ ОПУБЛИКОВАНО У РОБОТАХ:

1. Грудев А.П., Брусенко И.И. Шломчак Г.Г. Контактные напряжения при захвате полосы валками// Сб.науч.тр. ДМетИ «Обработка металлов давлением».-М.: Металлургия, 1972. - № 58,- С.231-235.

2. Фень Г.А В.И, Шломчак Г.Г.Ю Власснко Ю.Е, Кузьменко В.И. Опреде-леше поля скоростей в очаге деформации при прокатке высоких полос // Металлургия и коксохимия,- 1975,- №46,-С.109-113.

3. Власенко Ю.Е., Фень Г.А., Шломчак Г.Г., Кузьменко В.И. Исследование кинематических характеристик очага пластической деформации при прокатке// Сб.науч.тр. ДГУ «Устойчивость и прочность элементов конструкций». - Днепропетровск: ДГУ, 1975.-Вып.2. - С.140-158.

4. Чекмарев А.П., Фень Г.А., Шломчак Г.Г., Куцай В.Г. Моделирование при прокатке// Теория прокатки. Тр. Всесоюз.науч.техн.конф. «Теоретические проблемы прокатного производства. -М.: Металлургия, 1975. -С.66-71.

5. Власенко Ю.Е, Кузьменко В.И, Фень Г.А., Шломчак Г.Г. Напряженное состояние металла в очаге деформации // Сб.науч.тр. ДГУ «Прочность и устойчивость элементов конструщга». - Днепропетровск: ДГУ, 1975,- Вып.2.- С.149-159.

6. Фень Г.А., Шломчак Г.Г., Кузьменко В.И., Власенко Ю.Е. Конечно-разностный алгоритм решения задачи о кинематике очага деформации при прокатке // Сб.науч.тр. ДГУ «Прочность и устойчивость элементов конструций»,-Днепропетровск: ДГУ, 1975,- Вып.2. - С.132-139.

7. Мясоедов Г.П., Саидрасулев Э.Т., Фень Г.А., Шломчак Г.Г. Исследование контактных напряжений поляризационно-оптическим методом при прокатке на штампе//Сб.науч.тр. ДГУ «Устойчивость и прочность элементов конструк-ций».-Дненропетровск: ДГУ, 1975,- Вып.2. - С.160-163.

8. Шломчак Г.Г. О моделировании процессов горячей прокатки с соблюдением критериев подобия// Известия АН СССР. Металлы,- 1978. - № 6.- С.102-106.

9. Шломчак Г.Г., Куцай В.Г., Фень Г.А. Устройство для «мгновенного» снятия нагрузки при механических испытаниях// Заводская лаборатория.- 1978-№ 2,- С.236-237.

10. Шломчак Г.Г. Моделирование нестационарных процессов прокатки с применением валков из высокомодульных оптически чувствительных материалов// Труды VIII Всесозной конф. по методу фотоупругости, - Таллин, 1979,-С.150-151.

11. Фень Г.А., Шломчак Г.Г., Власенко Ю.Е., Кузьменко В.И. Определение напряженно-деформированного состояния при прокатке с помощью метода локальных вариаций // Металлургия и коксохимия.- 1979,- № 60,- С.11-14.

12. Шломчак Г.Г., Фень Г.А., Куцай В.Г. Критерии подобия при прокатке// Известия вузов. Черная металлургия.- 1980,- № 3.- С.79-81.

13. Шломчак Г.Г., Фень Г.А., Куцай В.Г. Материал для количественного моделирования процессов горячей прокатки сталей// Известия вузов. Черная металлургия,- 1980,- № 5.- С.61-65.

14. Шломчак Г.Г., Куцай В.Г., Фень Г.А. Лабораторный комплекс для моделирования процессов прокатки// Сб. науч.тр. ДМетИ«Обработка металлов давлением». -М.: Металлургия, 1980.- № 60 .- С. 121-122.

15. Шломчак Г.Г., Врублевский Г.В. Группирование сталей по приближенному реологическому подобию// Металлургия и коксохимия. - 1985,- Вып.86,-С.102-106.

16. Шломчак Г.Г., Фень Г.А., Врублевский Г.В. Моделирование процесса теплообмена при прокатке// Сб.науч.тр. ДГУ «Прочность и устойчивость элементов конструкций».- Днепропетровск: ДГУ, 1985,- Вып.1. - С.26-32.

17. Шломчак Г.Г., Полухин В.П. Новые эффекты процессов прокатки и пластического изгиба полосы, наблюдаемые поляризационно-оптическим методом// Тр. IV Всесоюз.науч.техн.конф. «Теоретические проблемы прокатного производства», Ч. 1. - Днепропетровск, 1988.- С.78-79. (приоритет).

18. Большаков В.Н., Шломчак Г.Г., Спильник А.Я. Биметаллический стержневой штамповый инструмент для холодной высадки// Металлургическая и горнорудная промышленность, Днепропетровск,- 1992 .- № 3. - С.35-36.

19. Шломчак Г.Г. Реологические классы металлов// Тр. междунар.конф. «Материалы для строительства»( 1СМВ'93).- Днепропетровск: Приднепровская ГАСА,- 1993,- С.69-70.

20. Shlomchak G.G., Mamuzic I. Opticko modelinanje nesimetricnog procesa valjanja// Metalurgija, vol.32, Sisak.- 1993,- №3,- P.77-80.

21. Shlomchack G.G., Mamuzic I., Vodopivec F. The Rheological Model of Deformation Nidus in the Process of Rolling// Kovine, zlitine, tehnologije, letnik 27, Ljubjana.- 1993,- St.4.- S.295-299.

22. Shlomchack G.G, Mamuztch I., Vodopivec F. Lead as a rheological model for investigating hot rolling processes.// Transaction of the Technical University of Kosice. Vol.3, - 1993. № 4. - S.331-335.

23. Shlomchak G.G., Mamuzic I., Vodopivec F. Deformation Anomalies of Higher Order during the Plastic Extention of Rheologically Complex Materials //Kovine, zlitine, tehnologije, letnik 28, Ljubljana.- 1994,- St.4.- S.583-587.

24. Shlomchack G.G., Mamuzic I., Vodopivec F. The Role of Contact Friction and Rheology in the Deformation at Plastometric Tests of Rheologically Complex Materials// Kovine, zlitine, tehnologije, letnik 28, Ljubljana .- 1994,- St.4.- P.579-582.

25. Shlomchack G.G., Mamuzic I, Vodopivec F. Rheological similarity of metals and alloys// J, of Materials Processing Technology, Elsevier, Amsterdam- New-York, 1994,- Vol.40.- P. 315-325.

26. Shlomchack G.G, Mamuzic, I., Vodopivec F. Optical modelling of non-stationary rolling process// Materials Science and Technology, vol.11. A publ. of the Institute of Materials, vol. II,-London.-1.-№3.- 1995,-P. 312-316.

27. Шломчак Г.Т. Проблем« сучасного паукового експерименту в обробщ металле тиснениям// BicTi. Академи шж. наук Украпт.-1995,- № 3 - С.79-89.

28. Shlomchack G.G., Milenin А.А., Mamuzic I., Vodopivec F. The mathematical model of the formation of the plastic deformation zone in the rolling of rheologically complex metals and alloys//J. of Materials Processing Technology,. 40, Amsterdam- New-York: Elsevier.- 1996,- Vol. 40,- P.184-188.

' 29. Shlomchack G.G, Melnik A.M. Mamuzic I. Rheological Complexity of Metals and Anomalies of their Deformation // Metallurgija, vol.35, Zagreb.- 1996,- Br.2.-S.83-86.

30. Шломчак Г.Г. Механизм формирования наката при прокатке реологически сложных сталей// Металлургическая и горнорудная промышленность,- 1997,-№ 1.- С.35-37.

31. Шломчак Г.Г. Новое направление в экспериментальной механике - пластическое формоизменение реологически сложных металлов // Теория и практика металлургии. - 1997, № 1,- С.40-45.

32. Шломчак Г.Г., Спильник А.Я. Оптическое моделирование процесса холодной Высадки гаек// Тр.науч.техн.конф. «Теория и технология процессов пластической деформации». - М.: МИСиС, 1997.- С.336-367.

33. Шломчак Г.Г., Фирсова Т.И. Явление деформационных аномалий рео логически сложных металлов и достоверность пластометрических испытаний/ Тр.науч.техн.конф. «Теория и технология процессов пластической деформации». М.: МИСиС, 1997,- С.476-479.

34. Шломчак Г.Г. Проблемы современного эксперимента в механике боль ших деформаций реологически сложных металлов// Тр.науч.техн.конф. «Теория \ технология процессов пластической деформации.- М.: МИСиС, 1997,- С.468-473

35. Шломчак Г.Г. Физическая модель контакта металла с валками при про катке// Теория и практика металлургии. - 1998, №1. - С.42-44.

36. A.c. 595641 СССР, МКИ G Ol L 5/10. Устройство для измерения натяжения ленты/ В.М. Савенков, Е.Г. Скуратов и Г.Г. Шломчак. (СССР)- № 2174461/18-10; Заявлено 22.09.75; Опубл. 28.02.78. Бюл. № 8,- 2 с.

37. A.c. 844999 СССР, МКИ G01B 11/18. Поляризационно-оптическое устройство для определения напряжений/ Г.Г. Шломчак, В.П. Полухин (СССР).- № 2808301/25-28; Заявлено 06.08.79; Опубл. 07.07.81, Бюл. № 25 - 2 с.

38. A.c. 1222406 СССР, МКИ B22D 7/00; B22D 27/00. Способ получения металлических слитков/ В.И. Шаповалов, А.М. Чунрина, Г.Г. Шломчак, В.Н. Заика (СССР).- № 3584503/22-02;Заявлено 28.04.83. Опубл. 07.11.84. Бюл. №41,- 3 с.

39. A.c. 1395864 СССР, МКИ F 16 F 1/18. Лист для рессоры / А.Н. Комаров, Б.Я. Дроздов, C.B. Коваленко, Г.Л. Лебедик, Г.Г. Шломчак, А.И. Литвин, А.Н. Катунин, В.П. Яценко, Ю.Н. Прилуцкий и B.C. Белозеров (СССР).- № 3980829/25-28; Заявлено 19.11.85. Опубл. 15.05.88. Бюл. № 18.

40. A.c. 1526238 СССР, МКИ C21D 1/78. Способ обработки деталей/ Г.Г. Шломчак, А .Я. Спильник, В.П. Колпак, А.Н. Лещенко, Л.С. Седельникова, ЮЗ. Свет и Р.Н. Фильчаков (СССР).- № 4419149/31-02; Заявлено 03.05.88. Выд. 01.08.89,-2 с.

41. A.c. 1639069 СССР, МКИ C21D 9/22. Пуансон для высадочных штампов/ Г.Г.Шломчак, А.Я. Спильник, Я.И. Крайник и Г.Г. Заблудовский (СССР).- № 4738157/02; Заявлено 18.09.89; Выд. 01.12.1990,- 2 с. .

42. A.c. 178491 СССР, МКИ В21В 1/00. Лабораторный прокатный стан/ Г.Г. Шломчак(СССР).-№> 4930929/27;3аявлено 23.04.91;Опубл.30.12.92,Бюл № 48.-4 с.

43. Пат.2655 Украша, МКИ В21 В1/00. Лабораторный прокатный стан/ Шломчак Г.Г.(Украша).- № 932907.59; Заявл. 19.03.93, 4930 929/SU 23.04.91. Опубл. 26.12.94. Бюл. 5-1.-4 с.

44. Cnoci6 поздовжно1 прокатки штаб перемншого nepepi3y h профшьованими поверхнями/ Шломчак Г.Г. //Патент Украши ИА-18115-А, Бюл. №5 от 31.10.97.

45. Пат.20358 Украша, МКИ G 01 N 3/28,11/00. Матер1ал для моделювавдя деформацшних аномалш вищих порядков реолопйно складних метал!в та сплавав/ Шломчак Г.Г.- № 95062682; Заявл. 06.06.95; Опубл. 27.02.98. Бюл.№ 1 .- 4 с.

46. Шломчак Г.Г. Особенности деформации, реологически сложных металлов. - Киев, 1991,- И с. Деп.в УкрНИИНТИ 13.08.91, № 1167- Ук 91// Реф. в ВИНИТИ РАН «Деп.науч. работы».-1991,- № 12(242), № б/о 473, 1991 (приоритет).

47. Шломчак Г.Г. Закономерности проявления деформационной неоднородности и аномалий пластичности у реологически сложных и особосложных материалов,- Киев,1991.-21 е.-Деп. в УкрНИИНТИ 12.12.91, № 1589-Ук 91//Реф. в ВИНИТИ РАН«Деп.науч!работы»,- 1992,- № 3(245), № б/о 326,1992 (приоритет).

48. Шломчак Г.Г. Механизм одно- и двухбочкообразного уширения при прокатке высоких полос металлов различной реологической сложности// Госуд.

металлур.акад.Украины.- 1996,- 6 е.- Рус,- Деп. в ГНТБ Украины, 1997, № 178, У197.- Реф. в ВИНИТИ РАН «Деп.науч.работы»,- 1997,- № 6(306), № б/о 116, 1997 (приоритет).

49. Шломчак Г.Г. Нов! проблема експериментально! мехашки в галуз! теорн та практики пластичного формозмнновання реологшно складних метал! в// Тр. 4-й междунар.науч.конф. «Материалы для строительных конструкций» (1СМВ'96).- Днепропетровск: Приднепровская ГАСА,- 1996,- С.100-101.

50. Шломчак Г.Г., Ф!рсова Т.1. Поляризац!йно-оптичне моделювання контактних напружень процесу прокатки рсолопйно складних метагав// Тр. 4-й междунар.науч.конф. «Материалы для строительных конструкций»( 1СМВ'96).-Днепропетровск: Приднепровская ГАСА. - 1996.-С.102-103.

АНОТАЦИ

Шломчак Г. Г. Виявлення закономерностей! деформування металш зй

складною реолопею методами фйзичного моделюлашш. - Рукопис.

Дисертащя на здобутгя вченого ступеня доктора техшчних наук за специльшстю 05.03.05 - Процеси та машини обробки тиском. - Нац!ональна металургшна академия Украйни, Днтропетровськ, 2000.

Дисертацто присвячено започаткуваншо наукових основ процеейв обробки тиском меташв (ОМТ) 31 складною реолопею (РС). Розроблена теорш шздбност!, методологи та техннса ф!зичного моделювання процес!в. Експериментально виявлеш невщомй ранил явища: деформацшних аномалш вищих порядк!в, ди-намйчной ашзотропп роззмщнювання, автоколивань процесу деформування РС металле. Вони суттево змниоють погляди на мехашку пластичних деформацш. На основ! новой концепцп ОМТ (реолог!йной) започатковано науковий напрямок: пластичне формозмшювання меташв з! складною реолопею. Створено авто-матизований лабораторний комплекс для моделювання нестацюнарних та аси-метричних процеав. На ф^зичних моделях розкрит! нез'ясоваш рашш механ!зми деформування РС меташв. Низка результата досл!джень використана для роз-робки иових ефективних технолопй та устаткування.

Ключов! слова: метал, реологшна складшсть, невщом! явища, деформации» аномалп, теорш под!бност!, експериментальна техн!ка, ф!зичне моделювання процес!в, основи нових технолопй.

Sblomcbak G.G. The Revelation of Deformation Regularities in Metals with Complex Rheology by the Methods of Physical Simulation.- Manuscript

Doctoral dissertation in engineering sciences in speciality 05.03.05 - Process and Machines of Metal Forming. - The National Metallurgical Academy of Ukraine, Dni-propetrovsk, 2000.

The dissertation lays the foundation for creation of the scientific basis for processes of metal forming (MF) dealing with metals having a complex rheology (CR). The theory of similarity, methodology and technique of the physical simulation of processes were developed. Some unknown before effects were revealed by the way of experiment: deformation anomalies of higher orders, dynamical anisotropy of softening, autooscillations of the process of CR metals deformation. They change essentially the views on the plastic deformation mechanics. The foundation was laid to a new scientific direction on the base of the new MF conception: plastic deformation of metals with complex rheology. An automated laboratory complex was created for simulation of non-steady and asymmetrical processes. Not cleared up before mechanisms of CR metals deformation were revealed using the physical models. A number of results of investigation were used in development of new efficient technologies and equipment.

Keywords: metal, rheologic complexity, unknown effects, deformation anomalies, theory of similarity, experimental technique, physical similarity of processes, bases of newj technologies.

Шломчак Г.Г. Установление закономерностей деформирования металлов со сложной реологией методами физического моделирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.05. - Процессы и машины обработки давлением. - Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 2000.

Диссертация посвящена созданию научных основ процессов обработки давлением металлов со сложной реологией (PC).

Имеющиеся теоретические и экспериментальные методы изучения и построения процессов пластического формоизменения металлов базируются на ряде традиционных допущений и гипотез, в том числе на одном из главных постулатов - о монотонности упрочнения металлов при увеличении степени их деформации. Возможности их применения для исследования реальных, реологически сложных, отличающихся динамическим аномальным разупрочнением, сталей и сплавов, существенно ограничены. Между тем, в технике PC металлы к настоящему времени составляют многочисленный класс. Среди них (при горячей обработке): специальные сплавы типа Zr + Nb, ВТ; высоколегированные стали типа Х13, 5ХВ2С, ЗХ2В8; инструментальные - типа Р6М5, Р8; ряд углеродистых сталей; большинство цветных металлов и их сплавов.

На основе разработки и использования теории подобия, лабораторной техники и методов физического моделирования экспериментально изучены закономерности деформирования металлов и сплавов в зависимости от их реологической сложности. Разработана их реологическая классификация, впервые устанавливающая качественную связь между видом реологических кривых ст-ё и развитием деформаций. Разработана математическая модель наиболее многочисленного класса РС металлов, теория их подобия, а также методология реологического группирования сталей и сплавов. Экспериментально обнаружены не наблюдавшиеся ранее: - явление деформационных аномалий высших порядков при пластическом растяжении РС металлов, которое заключается в ускорении локализации шейки на образцах из-за местного разупрочнения металла или в замедлении этого процесса с последующим формированием равномерной шейки в случае вторичного упрочнения металла; - явление деформационной анизотропии разупрочнения, проявляющееся в преимущественном течении металла в направлении большей главной деформации; - явление устойчивых, спонтанно возникающих автоколебаний напряженно-деформированного состояния очага деформации при прокатке, обусловленное скачкообразным разупрочнением кристаллитов РС металла. Установление закономерностей деформирования РС металлов существенно изменяют взгляды на механику пластических деформаций металлов. В связи с этим разработана теория подобия процессов пластического формоизменения РС металлов. В отличие от других теорий ее уравнения включают подсистемы критериев подобия: реологического, упруго-пластического, микрогеометрического, контактного, кинематического. Они позволяют осуществлять физическое моделирование процессов обработки давлением РС металлов с учетом особенностей развития их деформаций.

Впервые на основе требований теории подобия создан автоматизированный лабораторный комплекс для физического моделирования нестационарных и асимметричных процессов обработки давлением РС металлов с привлечением и развитием современных экспериментальных методов механики деформируемых твердых тел - поляризационно-оптического, муар, электротензометрии, киногра-фии, пластометрии. Комплекс включает: вновь разработанные поляризационно-оптические и муар-установки; новой конструкции специализированные лабораторные прокатные станы и прессы; аппаратуру для научной кино- и видеосъемки; электротензометрический измерительный комплекс; образцовую метрологическую аппаратуру и инструменты и др.

Методами физического моделирования исследованы нестационарные и асимметричные процессы обработки давлением РС металлов: простой прокатки, прокатки на штампе, осадки, прессования в закрытых матрицах-, высадки. Изучено влияние на развитие процессов: реологической сложности металла, геометри-

ческой и кинематической асимметрии, условий контактного взаимодействия, относительных упругих характеристик инструмента.

Определены закономерности проявления деформационных аномалий (неоднородности деформаций) при простом пластическом сжатии металлов различной степени реологической сложности и установлена неприемлемость известных методов пластометрии для испытания РС металлов; разработан новый способ пластометрических испытаний, позволяющий обеспечивать однородность деформации РС металлов при степенях деформации е > 2.

Раскрыт механизм формирования очага деформации - начальной нестационарной стадии процесса прокатки высоких полос. Установлены причины формирования концевого наката и двухбочкообразного уширения, обусловленных реологической сложностью металлов, и приводящих к потерям больших масс металлов и понижению качества проката в традиционных технологиях.

Разработаны и реализованы в лабораторных условиях модели новых процессов ОМД. Ряд результатов исследований использован в создании эффективных промышленных технологий и оборудования.

Ключевые слова: металл, реологическая сложность, неизвестные явления, деформационные аномалии, теория подобия, экспериментальная техника, физическое моделирование процессов, основы новых технологий.