ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ДЕФОРМАЦИИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

INFLUENCE OF DEFORMATION INHOMOGENEITY DURING HOT DEFORMATION ON MECHANICAL PROPERTIES

Olga Kazadaeva

Engineer, Stupino Metallurgical Company,

Russia, Stupino

Alexey Pchelnikov

Head of engineer group, Stupino Metallurgical Company,

Russia, Stupino

АННОТАЦИЯ

При горячей деформации поковок практически неизбежно происходит неоднородное распределение деформации в процессе осадки или штамповки. Неоднородность деформации становиться одной из причин неоднородности механических свойств. В данной работе приводятся результаты эксперимента по определению влияния неоднородности деформации осаженной заготовки на энергию удара

ABSTRACT

When hot deformation of forgings is almost inevitable, an inhomogeneous distribution of deformation occurs during precipitation or stamping. The inhomogeneity of deformation becomes one of the reasons for the inhomogeneity of mechanical properties. This paper presents the results of an experiment to determine the effect of inhomogeneity of deformation of the deposited workpiece on the impact energy

Ключевые слова: штамповка, осадка, механические свойства, сплав 901.

Keywords: forming, die forging, upsetting, mechanical properties, alloy 901.

Горячая объемная штамповка является одним из самых распространенных способов получения заготовок в машиностроении. При штамповке заготовка подвергается пластической деформации под давлением ручья штампа. Из-за пластических характеристик, условий деформирования и неровностей профиля ручья штампа, деформация в заготовке происходит в значительной степени неоднородно. Более тонкие и удаленные от центра части поковки, как правило, получают более значительную степень деформации. Под действием деформации в заготовке происходит формирование микро и макроструктуры, которые в значительной степени влияют на эксплуатационные и механические свойства готового изделия. Неоднородность условий формирования структуры при деформации приводит к появлению анизотропии свойств изделия.

Эффект анизотропии наиболее ярко выражается в изделиях из стали. Это учитывают при проектировании деталей и повышении их долговечности [1, 2]. Алюминиевые детали, благодаря гексагональной кристаллической решетке обладают выраженной анизотропией, что так же необходимо учитывать при разработке технологических процессов [3, 4, 5]. На механические свойства, особенно на пластичность и ударную вязкость, оказывает размер зерна. Более мелкая зеренная структура способствует повышению пластичности и ударной вязкости [6], размер которой зависит в том числе и от проработки структуры при деформации.

 Целью данной работы было определить влияние неоднородности деформации в поковке из никелевого сплава 901 на один из параметров механических характеристик – сопротивление материала ударному разрушению.

Никелевые сплавы обладают кубической объемно центрированной кристаллической решеткой и не обладают значительно выраженной анизотропией, вызванной направлением металлографической текстуры. Однако как и в других материалах степень деформации и направление волокна оказывает значительное влияние на механические свойства. Сплав 901 применяется для изготовления дисков газовых турбин. К таким деталям предъявляются высокие требования к уровню механических свойств. Ударная вязкость один из важных параметров механических характеристик готового изделия, которое в значительной степени зависит и от направления структуры в образце при испытании.

Исследование влияния деформации проводилось на осаженной заготовке с последующей термической обработкой по режиму: закалка с 1090°, отжиг 1 при 780°С - 2часа, отжиг 2 при 720°С – 22 часа. В качестве характеристики сопротивления материала ударному разрушению проводилось определение энергии удара при испытании на ударный изгиб по Шарпи на образцах с V-образным вырезом.

При горячей деформации цилиндрической заготовки разные зоны заготовки деформируются с разной степенью. Наибольшая степень деформации накапливается в центральной зоне заготовки, торцевые зоны заготовки остаются почти не деформированными (рис.1). Таким образом, вырезав из различных зон образцы для определения ударной вязкости, возможно определить влияние неравномерности деформации.

Рисунок 1. Распределение накопленной деформации при осадке заготовки и расположение мест вырезки образцов

В результате испытаний (рис.1) видно, что образцы из зоны 4, расположенные вдоль линий течения показали высокий уровень энергии удара. Образцы из зон 1, 2 и 3 с интенсивной деформацией имеют меньшие значения. Такое снижение свойств связано с поперечным расположением волокна в образцах 1, 2 и 3.

Сравнивая между собой зоны 1, 2 и 3 можно заметить, что образцы из зоны 2 имеют немного большее значение энергии удара. Это может быть связано с интенсивной деформацией вдоль образца при осадке.

По результатам данной работы видно, что из-за неоднородности деформации заготовки при осадке или штамповке, в различных зонах готового изделия может быть сформирован различный уровень механических свойств, имеющий разницу по величине до 50%. Это необходимо учитывать при разработке схем вырезки образцов, разработки технологий деформации с целью получения годного изделия.

Список литературы:

1. Сидоров А.А. Разработка технологического процесса высадки поковок типа стержня с полусферическим фланцем с направленным волокнистым строением: дис. … канд. техн. наук: 05.02.09 – Москва., 2016. – 158 с.
2. Белокуров О.А. Разработка методики проектирования технологического процесса штамповки кольцевых поковок с направленным волокнистым строением: дис. … канд. техн. наук: 05.03.05 – Москва., 2016. – 204 с.
3. Гречников Ф. В., Ерисов Я. А., Зайцев В. М. К расчету среднего значения коэффициента анизотропии листовых материалов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 16. — 2014. — № 4. — С. 154— 157.
4. Влияние обжатия и изменения направления прокатки на структуру и свойства латунных листов / Р. Л. Шаталов [и др.] // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2014. — 1. Ч.1. — С. 154—159.
5. Швечков Е. И. Анизотропия механических свойств и характеристик трещиностойкости листов из алюминиевых сплавов // Технология легких сплавов. — 2015. — № 3. — С. 72—43.
6. Фирсова Н.В. Влияние величины зерна на прочность и вязкость штамповой стали [Электронный ресурс]. – URL: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/29656/1/ushmmu_2014_111.pdf (дата обращения 04.10.2022)