ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И МИКРОСТРУКТУРЫ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВА МЕДИ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРОЦЕССАМИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ И НЕПРЕРЫВНОГО ПРЕССОВАНИЯ МЕТОДОМ “КОНФОРМ”

АННОТАЦИЯ

Катанка круглого сечения из меди и сплавов на её основе, в силу высоких показателей электро- и теплопроводности, широко применяется в электротехнической, машиностроительной и многих других областях. Основными способами её производства являются горячая прокатка и прессование. Статья основана на исследовании и сравнительном анализе микроструктуры, а также механических свойств прутков диаметром 16 мм из сплава меди марки М1, полученных путём продольной прокатки в калибрах и непрерывной экструзией (процесс Конформ).

За прошедшее десятилетия получили распространение методы обработки изделий из меди, основывающиеся на принципах совмещённой обработки. Они позволяют добиться улучшения показателей качества и технико-экономических показателей производства. В настоящее время на малых предприятиях получил широкое распространение процесс непрерывной экструзии «Конформ», совмещающий принципы прокатки, прессования и термической обработки. Это позволяет в условиях мини-производств добиться высоких показателей эффективности и качества продукции.

Принцип работы непрерывного прессования по методу «Конформ» выглядит следующем образом (см. рисунок 1): проволочную заготовку 7 вводят в канавку вращающегося колеса 2, откуда заготовка, при помощи сил трения, подается в полость неподвижного башмака 3, имеющий  матрицу требуемого сечения 6, в результате трения и деформации температура металла возрастает до 500 ⁰С – 700 ⁰С, далее металл достигает упора 5, в результате происходит нарастание давления, металл деформируется заполняет контейнер и выдавливается через отверстие в матрице [1].

1 – колесо, 2 – кольцевая канавка, 3 – башмак, 4 – кольцевая вставка, 5 – упор, 6 – матрица, 7 – заготовка, 8 – изделие, 9 – ролик

Рисунок 1. Схема процесса непрерывного прессования по технологии «Конформ»

При экструдировании «Конформ» коэффициент вытяжки достигает значения более 100, благодаря всесторонним неравномерным сжатиям, возникающих в очаге деформации [2]. Это особенно актуально для проволоки, которую выгоднее изготавливать более производительным способом «Конформ» вместо волочения.

Целью данной статьи является исследование микроструктуры, а также механических свойств (твёрдости) прутков диаметром 16 мм из сплава меди.

Для проведения исследований были отобраны образцы литых прутков диаметром 20 мм. Затем часть образцов была прокатана в пруток диаметром 16 мм, а другая часть отпрессована по “Конформ” технологии в пруток диаметром 16 мм. Из указанных прутков были вырезаны темплеты и изготовлены шлифы. Далее было проведено исследование микроструктуры образцов (см рисунок 2) и выполнены измерения твердости.

Рисунок 2. Микроструктура медной катанки (а) и прессованного прутка (б) диаметром 16 мм (увеличение х85)

Фотографии микроструктуры экструдированного прутка методом «Конформ» демонстрируют мелкую, деформированную структуру, состоящую из зёрен размером 40 – 45 мкм, вытянутых в направлении истечения металла из матрицы, микроструктура прокатанного прутка крупнозернистая с величиной прутка 600 – 700 мкм.

В рамках работы исследованы физико-механические характеристики изделий, в частности микротвердость меди марки М1 (см рисунок 3).

Рисунок 3. График микротвердости по центральному сечению диаметра образцов меди марки М1

Из графика видно, что твёрдость образцов значительно отличается друг от друга. Такая разница обусловлена тем, что экструдированый пруток имеет мелкозернистую структуру и, как известно, что у мелкозернистой структуры затруднено движение дислокаций и металл сильнее сопротивляется деформации [3]. Так же можно заметить, что в центре твёрдость ниже, чем на периферии, что обусловлено большей степенью деформации в поверхностных слоях при обработке давлением и, как следствие, деформационным упрочнением периферии [3].

Проведённое металлографическое исследование позволяет судить об эффективности обоих методов обработки. Полученные структурные картины свидетельствуют о низкой проработке исходной литой структуры в случае горячей прокатки прутка и, напротив, колоссального измельчения зёрен и образовании гомогенной структуры изделия в процессе экструдирования.

Список литературы:

1. Райков Ю.Н. Обработка меди: Учебное пособие для вузов. – М.: ОАО «Институт Цветметобработка», 2006. – 448 с.
2. Основы проектирования процессов непрерывного прессования металлов: Монография / Ю.В. Горохов, В.Г. Шеркунов, Н.Н. Довженко и др. – Красноярск: СФУ, 2013. – 223 с.
3. Основы металловедения / И.И. Новиков, В.С. Золоторевский, В.К. Портной и др.; под общ. ред. В.С. Золоторевского. – 2-е изд., испр. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2014. – 496 с.