CC BY
17Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 5 (2015 8) 609-620
УДК 621.7
Experimental and Computer - Assisted Modeling
of Plastic Deformation of Zircon -
Based Alloys During Production of Metal Products
for the Needs of the Atomic
and Other Branches of Industry
Henryk Dyja*a, Kirill V. Ozhmegovb, Anna Kawa!eka and Aleksander M. Galkinb
аCzestochowa University of Technology (CUT) 19 Al. Armii Krajowej, Czestochowa, 42-200, Poland bNational University of Science and Technology "MISIS" (MISIS)
4 Leninskiy, Moscow, 119049, Russia
Received 20.02.2015, received in revised form 30.03.2015, accepted 26.06.2015
In this work, a task was set to study the rheological properties of zircon-based alloys with a modified chemical composition of the Zr - Nb and Zr - Nb - Sn systems with respect to the conditions of different processes of pressure metal treatment during manufacturing of pipes and rods. For this purpose, complex plastometric tests of new grades of alloys were carried out to obtain experimental data on the deformation resistance value op and maximum permissible plasticity Лр of these materials. The tests were carried out on a modern plastometric apparatus in a wide range of thermal mechanical conditions of deformation according to different forms of loading. On the basis of the experimental data on the mechanical properties of the materials under study, pressure metal treatment processes were developed using the Forge 2008 computer modeling software package.
Keywords: rheological properties, zirconium alloys, process modeling, metal forming. DOI: 10.17516/1999-494X-2015-8-5-609-620.
© Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: dyja@wip.pcz.pl
Экспериментальное и компьютерное моделирование пластической деформации сплавов
на основе циркония при производстве металлопродукции для нужд атомной
и других отраслей промышленности
Х. Дыяа*, К.В. Ожмегов6, А. Кавалека, А.М. Галкин6
аЧенстоховский политехнический университет Польша 42-200, Ченстохова, Аллея Армии Краевой, 19
бНИТУ «МИСИС» Россия, 119049, Москва, Ленинский проспект, 4
В настоящей работе поставлена задача исследования реологических свойств модифицированных по химическому составу сплавов циркония систем Zr - Nb и Zr - Nb - Sn применительно к условиям различных процессов обработки металлов давлением (ОМД) при производстве труб и прутков. Для этого были выполнены комплексные пластометрические исследования новых марок сплавов с целью получения экспериментальных данных по величине сопротивления деформации as и предельной пластичности Лр этих материалов. Испытания проводились на современной пластометрической установке в широком диапазоне термомеханических условий деформирования по различным законам нагружения. На основе экспериментальных данных о механических свойствах исследуемых материалов осуществлена разработка режимов технологических процессов ОМД с использованием программного комплекса для компьютерного моделирования Forge 2008.
Ключевые слова: реологические свойства, сплавы циркония, моделирование процессов, обработка металлов давлением.
Введение
Циркониевые сплавы в настоящее время широко применяются для производства металлопроката, используемого для работы в различных отраслях промышленности. Уникальный комплекс свойств циркониевых сплавов делает их весьма привлекательными для создания продукции с высокими техническими показателями, характеристиками долговечности и надежности при работе в агрессивных средах. Благодаря небольшому сечению поглощения тепловых нейтронов, исключительной стойкости против коррозии и достаточно высоким механическим свойствам, из данных сплавов производят элементы тепловыделяющих сборок атомных электростанций. В химической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности из различных марок сплавов на основе циркония сооружают ответственные конструкционные узлы оборудования, работающего в высокоагрессивных средах. Цирконий и его сплавы становятся также эффективными материалами в авиации и космонавтике для производства жаропрочных покрытий деталей газотурбинных и реактивных двигателей.
Развитие атомной, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности ставят перед разработчиками задачи повышения уровня надежности и ресурса работы
всех конструкционных элементов, в том числе из циркониевых сплавов, выдвигают все более высокие требования к качественным характеристикам металлопродукции, изготавливаемых из данных материалов. Под эти задачи разрабатываются новые, модифицированные по химическому составу сплавы на основе циркония. При этом на физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства данных сплавов существенное влияние оказывает их химический состав, даже незначительные легирующие добавки и примеси [1-4].
В настоящей работе была поставлена задача исследования реологических свойств модифицированных по химическому составу сплавов циркония систем Zr - Nit) и Zr - Nb - Sn применительно к условиям различных процессов обработки металлов давлением (ОМД) при производстве труб и прутков. Для этого были выполнены комплексные пластометрические исследования новых марок сплавов с целью получения экспериментальных данных по величине сопротивления деформации cs и предельной пластичности Лр этих материалов. Испытания проводились на современной пластометрической установке в шир оком диапазоне термомеха -нических условий деформирования по различным законам нагружения. На оннове эксперимгн-тальных данных о механических свойствах исследуемых материалов осуществлялась разработка режимов технологических процессов ОМД с использованием программного комплекса для компьютерного моделирования «Forge «2008».
Материал и методика исследований
При исследовании реологических свойств модифицированных циркониевых сплавов системы Zr - Nb и Zr - Nb-Sn использовали методы испытаний на сжатие и растяжение, в каж-ом из которых выявляли отдельные качества металла, характерные для дынного метода. Пластометрические испытания осуществляли на пластометре «Gleeble 3800», причем испытанкя на сжатие проводили на цилиндрических образцах 010*12 мм, а на растяжение - на обратцах 010x116 мм. Стоит отметить, что испытания на растяжение на пластометре «Gleeble 3800» имели ту методическую особенность, что рабочая часть испытываемых образцов определяется длиной зоны их локализованного нагрева и составляет 20 мм [5].
Для физического моделирования процессов пластической обработки модифицированных циркониевых сплавов были определены основные параметры каждого процосса и их возможный диапазон изменения. В итоге реологические исследования циркониевых сплавов проводились в широком температурно-скоростном диапазоне при Т=20-950 °С, ¿=0,1-15 с-1 и соответствовали промышленным условиям свободной и радиальной ковки, прессования и прокатки при производстве труб и прутков. При пластометрических испытаниях на плаотометрах «Gleeble 3800» нагрев образцов осуществлялся прямым пропусканием электрического токи с регулируемой скоростью нагрева образцов 5 °С/с. Тмпературу образцов при пластометриче-ских испытаниях контролировали с помощью хромель-копелевой термопары, привариваемой к центральной части образца. Термопара выполняла роль не только контроля температуры, но и управления скоростью нагрева и охлаждения испытываемого образца. Высокая чувствительность системы контроля температуры на установке «Gleeble 3800» позволяла в процес се испытаний замерять тепловой эффект пластической деформации.
В качестве смазки при испытаниях на сжатие применяли тонкие прокладки на оснтве графита. Рабочие бойки типа ISO-T после каждого испытания дополнительно смазывали графи- 611 -
товой смазкой марки ОК8 255. Для предотвращения окисления и газонасыщения поверхности испытываемых оОраоцов при их нагреве использовали вакуум. Охлаждение образцов после испиытаний осуществлялось со скоростью 10 °С/с при помощи обдуеа инертнзш газом, а при необходимости фиксации структ/вры меаалла -я дяшировснием водой. Прк помощи программного обеспечения Мюгсдой Оийсе Бхае1 эти результата обртбатывали и строили диаграммы «температу раанрпряжение-даформация».
Диаграммы предельной пластичности Лр при испытаниях образцов на растяжение были построены по методике В.Л. Колмогорову [6]. В случае оунороднуй деформации (до образования шейки) щзедольная степень доформации (предельная пластичность) определялась через относительное удлинение 0
Лр = 1,7б1и[10Р ,0(100 -<И)] я (1)
а оплатя! гкас/д^офоодею^ деформации в случае абратования шейки нк оброзце - чере з относительное сужение те
Л > = а(7Д1п[100 а(100 -у/)] . (2)
Прэедсле^лпЕ.вие]^ степень деформзции ^двЕ^иязгг^ Лр при сжатии находили со отношением
=р = Н3 1о(Оа)еео (реСтд^ъ, (3)
где Н0 - исходная высота обрсзца; /и - высота образца в момент разрушения; осе - среднез г^^прэ-яжжб^нбибг; к,- — интенс ивность седввт-оввыых; напряжений .
Апировсимирующая обррэаОЗсзтгкао резсльтатоа пластометрических исследований и компью -терное моделирамкние выполняли в приложенсии пррюг-рэаквлсол::^ Боде 2^00Я8»С135«« ЯЬрок^Ба1аЬа8Т »» ]в Институте процессов ОМД и инженории безопасности Ченстоховского политехнического университета.
Результат ы иселедований
Как видно на рис. Р с ростом температуры испытанна иоиффициент деформационного упрочнения сплава 2/ - N0 снижается и на кривых течения всё более замотно проявляются процессы динамического разупрочнения . Ко нетика прохождения в металле процесса динамического возврата и динамическк- >>>екристалиизации в значительной мере определяется положением максимума на кривых ох - ё. С увеличением температуры деформации и снижением скорости этот максимум все больше смещается в область меньших степеней деформации, что заметно в темпуратурном диапазоне инпытаний 580-б70 °С. Участка установившегося течения оо = Оу,, прояосяетмя на кривыхс полученных при температурах 700 и "7700 °С, до степени дефор-мхции е~ < 0,4. Положение ммакдимума на кривых течения определяет ввлочину ^ - характеристический) степень дефармиции, когда стауоя с1еец / сОй~ > 0 переиодит аз стадию )о / с1Г < 0, т.е. процеасы разупрочнения интенсифицируются ила превалируют над процессами ьзформаци-онного упрочнеоия. При этом кривые ох - ё имекзот куполоо брозную форму. Подобная форма кривых течения указывает, что с ростом температуры процессы динамического разупрочнения играют все возрастающую роль благодаря значительному увеличению скорости диффузионных процессов во всем интервале Тисп.
<V<P»
iOO :iu 200 ] 50 100 SO
1С1 1 it1
___i / ! (f
// .—1 i «- I —
if • V v f -— J Ш
V i V
ч / 1
0
0.1
0,4
0,1
0.4
03
0.4
Рис. 1. Кривые деформационного упрочнения сплава Zr - Nb при испытаниях на растяжение на пластометре «Gleeble 3800». Температура, °С: 1 - 580; 2 - 650; 3 - 700; 4 - 770
a
3.0
2 J 2.0 1,5
ио o.s о
WO 700 7J0 soo S50 т "С
ft
iU^'
и '2,5 (Г'
h
—H—
МО 700 750 S00 «О Т*С
Рис. 2. Влияние температуры и скорости деформации на предельную пластичность при испытаниях сплава системы Ъг - СТЬ на растяжение: а - расчет через параметр ё; б - расчет через параметр ц
На рис. 2 мы тидим, что с ростом Тисп оа 650 до 950 ° С предельная пластичность Ар сплава 2г - № изменяется неоднозначно. При саорости дефармации М =00,1 с-1 предельная пластично сть у сп лава возрастает при расчёте как чере з параметр щ так и через параметр с). При скорости деформации т& = 2 ,5 с-1 при расчете через параметр ця наблюдеется провал плсстичности до Тисо=750 °С. В диапазона Тисп= 650-680 °С и сгксортт^сс-^ис деформации ё = 22,5 с;"1 уровень предельной пластичности у сплава выше, чем при скорости деформации ё =0,1 с-1. Это объясняетея тепловым эффектом, который увеличивает локализацию пластического течения в шейке обе разца и плястичность оплава.
Значительная разница между значениями предельной пластичности, рас считанными через параметры цл и сЯ, объясняется неравномерностью деформации в продальном и топеьнчном нопрослениях.
Па рис. 3, 4 представлены кривые течения as - £~ сплавов Zr - Nb и Zr- Nb - Sn при непрерывном нагруженииобразцов в интерввле Тисп 20 -в 950 °С и е от 0,1 с-1 до 15 с-1. При комнатной температуре деформационное упрочнение более заметно проявляетсяу сплава системы Zr - Nb - Sn. Для него также при 220 °С и скорости деформации s = 15 с-1 в области больших деформаций (К >0,4) характерно интенсивное снижение величины as, связанное с проявлением теплового эффекта пластической деформации. В целом при комнитной температуре уровень кривых течения сплавов Zr - Nb - Sen выше, чем у сплава Zr - Nil). Коэффициент деформационного упрочнения для обоих сплавов при Т°сп = 20 °С с ростом степени деформации заметно снижается, поскольку стадия единичного, а затем и множесввенниго скольжения перахадит на параболический участо к и нарушаевся постухст Друккера. В облаати е" =о (Н>,3? — 0,4 отвошение deS / ds стуновится равным нулю, а затем и отрицательным (dcS / de~ < 0). Это явление вообще
Рис. 3. Кривые деформационного упрочнения сплава 7л - №> - Sn при испытаниях на сжатие на пластометре «01ееЫе 3800». Температура!, °С: 1-20; 2 - 200; 3 - 350; 4 - 500; 5 - 580; 6 - 650; 7 - 770; 8 - 850; 9 - 950
Рис. 4. Кривые деформационного упрочнения сплава 7г - ЫЬ при испытаниях на сжатие на пластометре «01ееЬ1е 3800». Темжратура, °С: 1 -20;2 - 200; 3 - 350; 4 - 500; 5 - 580; 6 - 650; 7 - 770; 8 - 850; 9 - 950
характерно именно для металлов и сплавов системы ГПУ Данные материалы отличаются не только значительным тепловым эффектом в условиях холодной и теплой деф ормаци и с большими скоростями, но и ярко выраженной анизотропией свойств с проявлением текстурной неоднородности.
При переходе к Тисп= е00 °С характер кривых течения обоих сплавов меняе тся мало . Можно отметить, что при ькоростях р =0,1- - 0,5с"1 и с ростом степени доформации кривые течения дциных сплавон явнс выходят на стадию установившегося течения о, = Оаот. При этом значения о, сплавов 2г - N5 и 2г - NN1) - !5п в исследованном скоростном диапазоне располагаются в одном и том же интервале о,=600 - 8500 МПа. При дальнейшем росте температуры область деформационного упрочненэя исследолмнных сплрвор сокращалтся и при Тисп = 500 °С стадия устмновившлгосм течения начинается аже гарей О 0,5. Свмростное упрочнение в дивпдзвне Тисп 35В - 000 °С о сплава 2я - №> - 5хп проявляется бола- заметмо, осоКанно при тГИсП= 35В "С.
В интервале Тисп от 500 до 580 °С у сплавов 2г - N5 и 2г - N5 - 8п отмечался куполо-обртзный характер кривых тече ния с весьма протяженным участко м установившегося течения, что явно указывнет на начало протекания процессов динамичесяого возврата. При деформации, предшествующей стадии о, = осст, в металле образуется ячеистая структуро. Степень деформнции, при которой начинрот формироваться тааая структура, тем меньше, чем выше температура и нижнее скорость деформации. В области больших деформаций на ст-дии установившегося течения структура металла приобретает все более равновесный характер со сравнительно невысокой плотностью дислокаций!. В температурном интервале горячей деформации (Тисп = 650 - л50 °С) в сооростном диапнзоне от 0,1 с-1 до 1 55,0 с-1 алтсиму м значенхй о° смещается в обоость малых значений степени деформвции (О -0,1 - 0,2) и выражен уже но так ярко. Ив кривых течения наблюдается участок установившегося течения об = оеьт. С повышением температуры этот участок становится все более протяженным.
Из срдвнения кривых течения еплавоя 2а - N1) и 2и - №> - !5п видво, что в иеследован-ном температурно-своростном диапазоне кривые о, - ё в целом имеют сходный) хараатер. В температурном интервале от 20 °С дс 300 °С оба сплава хкрактеризуются высоким уровнем деформационного упрочнения. В температурном интервале от 500 до 950 °С на кривых течения обоих сплавов наблюдается стадия установившегося течения, что существенно упрощает использование опытных данных по сопротивлению деформации для широкого интервала деформационных условий нагружения исследованных сплавов. Во всех случаях кривые течения сплава 2г - N1 - 8п проходят выше кривых сплава 2г - N1, однако с ростом температуры эта разница становится менее заметной. Стоит также отметить, что оба сплава характеризуются резким снижением величины о, в диапазоне Тисп от 20 °С до 500 °С. В то же время в диапазоне Тисп от 650 до 950 °С у обоих сплавов кривые течения по уровню значений о, отличаются значительно меньше.
Предельную пластичность ЛР при сжатии цилиндрических образцов 010*12 мм определяли по формуле 3. Ввиду того что бочкообразование образцов при осадке на пластометре «GleeЫe 3800» было незначительным, коэффициент напряженного состояния металла К на поверхности осаживаемого образца в первом приближении принимался равным величине Кср. Как видно на рис. 5, 6, предельная пластичность сплавов 2г - N1 и 2г - N1 - 8п с ростом тем- 615 -
пературы монотонно возрастает. Влияние скорости деформации на предельную пластичность неоднозначно. В диапазоне температур от 20 до 650 ° С при высо ких скоростях (s от 5 до 15 и1) значительное влияние на предельную пластичность оказывает теп ловой эффект, поэтомр кривые пластичности при данных скоростях проходят выше кривой при скорости s = 0,1 с"1. В интервале Тисп = 650 - 950 °С влияние теплового эффекта уменьшается и с повышением скорости деформации пластичность снижается. В целом стоит отметить, что в расследованном температурно-скоростном диапазоне уровень значений предельной пластичности сплава Zr -Nb незначительно выше, че м у сплава Zr - Nb - Sn.
Пластометрическое и компъютерное моделирование дробного нагружения
При получении полуфабрикатов из циркониевых лпнавов первой технологической операцией цикла обработки металлов давлением является многопереходная ковка заготовок на ги-
Лр
2 1.4 1.2 <3,5 0,4
О IOO 200 300 JOD SOÜ ÍOO 100 S0C 900 Т°С
Рис. 5. Влияние температуры и скорости деформации на предельную пластичность сплава Zr - Nb в диапазоне Тисп 20 - 950 °С при испытаниях на сжатие
Лр
1.6 -1,2
0.8 0,4
0 100 200 400 400 500 Й00 700 300 500 Т*С
Рис. 6. Влияние температуры и скорости деформации на предельную пластичность сплава Zr - Nb - Sin в диапазоне Тисп 20 - 950 °С при испытаниях на сжатие
дравлических прессах в условиях горячей деформации. С учетом схемы напряженного состояния и активного газонасыещения првоухностныох слеев деформируемего металла в процессе ковки определяющер значение играет провильныпй выыбер рермоме хс;э1но[х1е;с;1си?х режимов горячей деформации. С одной стороны>1, для раздро бления литой структуры и снижения физико-механическтй неоднородности мехалла требуются повышенные единичные и сух мморныге об-жртия заготовок. С другой - излишне повышенные; оужатия (S > 0,3) неизбежно приводят ic внодрению («озометшванию»)) газонасыпцчнныох и о-иеленныпх шверхноетных олоев металла в глубь зегохохоо. А што впрп^йп^ оорицатеаьно влияет на кхчество полуфабрикатов из цирконшр-:вь.1?£; сплтеов, полу чаемых на последующих технологичиских операциях прессования, радиальной0 копки и прокаоии ['0].
В раОоте представлуне1 результаты физическо го и очмпьютерного моделирования процесса горячей ковки слетка 0450) мм из циркониевого сплзва системы Zo -о Nb - Sn в заготовку квадратного сечения 190*190 мм на гидравлическом прессе усилием 12 МН. Моделировались режимы ковки по оаводской техноло гии и опытный режим с измененным распределениом единичны!?] обжатий и температар деформируе мого металла по про ходам.
Заводской режим ковки циркониевого оплавк аиптемы Zr - Nb - Уп
Наарев обртзцов до 950 °С, выдержка 5 мин, охлаждение до 9188 °С (о учетом переноса слитка к прессу). Ниже приведено распредеиедие обжатей и температуры деформируемого слитка по проходам (виопо 21 проход).
Величина обжария. е» р 0,10 - 0,12 - 0,12 -0-2- 0,1Р - 0,13! - 0,122 - 0,11 - 0,11 р 0,11 - 0,1 -0,1 - 0,1 - 0,1 - 0,1 -к 0,1 - 00,1 - 0,1 - 0,1 - 0,1 - 0,Ь (Б е" =о2,27).
Темпершг урР. Тисв: 018 - 917, - 9215В - 912 - 90И - 905 - 901 - 897 - 892 - 886 - 880 - 874 - 868 -862 - 856 - 848 - 840 - 832 - 822 - 811 - 800. Скорость охлаждения металла между про ходами задавалась 0,2 °С», средняя скорость деформации по проходом принималась s = 00,5 с-1 Паузы] между проходами составляет: 5 - 10 - 05 - 15 - 20 - ее) - 20 - 25 - 30 - 30 — 3300 — 30 — Ы^О - Н0 -Х0 - 40 - 40 - 50 - 50 ш 55.
Опытный режим еовки р болеп интенсивоыш распределением оНжетий
но проходам (всего 17 прооодов)
Величина обжатий. s .: 0,,6 - 01,1(5 - 0Д5 - 0,15 - 0,Х4 - 0,14- 0,13 — 0,1:^ — 00,14 - 0,14 - 0,13 -0-3 - 0,12! - а,12 - 0,12 - 0,(1 - 0,11 PLs = 2,27)
ТемпеоРтура. Тисп: 9)18 - 917 - 935 - »12 - 909 - 90Р - 901 - В97 - 892 - 88Х - 88е - 075 -869 - 961 - 852 - 842 - 832. Скорость охлаждения метелла между пруеодами и средняя скорость деформации по проходам задавались аналогично заводскому режиму, а паузы составляли: 5 -10 - 15 - 15 - 20 - 20 - 20 - 25 - 24 - 30 - 30 - 30) - 40 - 45 - 50 - 50. В°личин° суммарной (и°е копленной,) деформации длч обоих режимов кокки была оденакоаой: Б S = 2,27.
Кад видно на рис. 7, распределение оеличины сопротивления деформации cS исследуемово сплава по проходам, а значит, и усилия ковки, по заводской технологии весьма неравномерное. В первых проходах величина cS лежит в диапазоне 30-37 МПа, но с восьмого прохода начинает монотонно расти, достигая уровня 80-90 МПа в последних проходах. При этом характер изменения сопротивления деформации данного сплава на первых 7-8 проходах напоминает класси-
ческие кривые течения он - ё, иарвитерные для пноцесса динамичесной роаристаллизации [2]. В начальной стадии (в области ё и0р2-0,0) наблюднется четко выраженный макси мум значеник он с послодующим выходом на сеадию установившекося течения (оМ = оуси). Затем нсчиная со значеоий ё =0,7-0, а происаодит монотонный рост величины>с сопротивления деформации , с вязанный с пада нием температуры металла от про хода к пр оходу вплоть до температуры окончания процесса ковки (Тисп=800 °С). Из рис. 7 становится очевидным, что по заводскому режиму первыуе пооходы оказались явно недогру женными, тогда как в конце цикла ковки усилие резко возраставт, повышая и неравномерносте деформации на последних проходах. Это стело оона -ванием для проведения корректировки режимн ковки слитков из исследуемого сплава за счет перераспределения единичных тбжатий по вснму циклу деформации.
По опыоаомо асжамо (риа. 8)1 веаичино единичных обжати. в парвых проходах быиа по-вышенадо значений ё=0,1С-0Д6 с наследающим монотоннымснижением ё до 0,1 в последнем проходе. За счет атого стало возмвжным сокращение обжатий с 221 по завадской технологии до 17 по экспериментальному режиму.
При этом сократилось время цикла ковки и снизило сь падение темпе ратуры металла поковки. Уровень значений величины os исследуемого сплава по опытному режиму ковки вплоти до 15-го прохада лежит в дитпазоне 40-50 МПа (рис. 85). Лишь в дв°^х последних проходах величина os дос тигает уровия 660 МПо. Интериснатанже отметить, что по опытному режиму ковки минимальный орпеснь знвчений os набаюдается в M-5-м проходах (ё =0,4-0,8), где наиболее интенсивно идетпроцесс динамической рекристаллипоции. Этот проиесс и упредехяет хоракн тер кривых дробной деформации в последующих проходах. С 9-го и вплоть до 14-го прохода на кривых os - ё четко проявляется максимум значений os в начальной стадии нагружения.
Хтрактер кривых течения по онытному режиму (рис. 9а) указывает на то, что можно добиться ещё Иилве равномерного распределения велнчины us по циклу ковки. Же лательно снизить величину единичных обжатий в пераых двуу проходах, а также в проходах 16-17.
Gs, МПа Gs, МПа
Рис. 7. Кривые распределения величины а8 по проходам процесса ковки слитка циркониевого сплава системы Zr - № - Sn размером 0450 мм в заготовку сечением 190x190 мм в 1-10 проходах (а) и в 11-21 проходах (б) по заводской технологии
Ck, МПа
so-,
ас-
30-
:o-
10-
n
Os, МПа
70-
$050 J0-
зо-M 10-o
1-1-1-1-'-[-'-1-1-!-1-1-
0.2 0.4 0.6 О.В 1.0 1.2 £
а б
Рис. 8. Кривые распределения величины а8 по проходам процесса ковки слитка сплава 7г - 1ЫЬ - Sn размером 0450 мм в заготовку сечением 190x190 мм в 1-8 проходах (а) и в 9-17 проходах (Ь) по экспериментальном}' режиму в 1 7 проходов
При этом соответственно незначительно увеличить единичные обжатия в проходах 4-5 и 9-14. Перераспределение единичных обжатий по опытному режиму позволило не только интенсифицировать пластическую деформацию сплава, но и увеличить проработку осевой части слитка. На рис. 96 приведено сравнение результатов компьютерного моде лирования существующего и опытного режимов. Результаты моделирования подтверждают наличие в осевой части слитка растягивающих напряжений на уровне 50-70 МПа (рис. 9б, тр. 1). Увеличение разовых обжатий и о аес печен ие условия, при котором относительная подача k находится в диапазоне 0,5< k <0,8, повышает степень проработки осевой зоны слитка, что тидно на рис. 9б, вариант 2. Уровень действия растягивающих напряжений в осевой части слитка остался примерно на том же уро вне , однако зона и х распространения уменьшилась примерно в два раза.
Выводы
1. Реологические исследован ия, выполненные на совре менной пластометрической установке методами испытаний на сжатие и растяжение, позволили определить зависимости сопротивления деформацией cs и предельной пластичности Лр модифицированных церкониевых сплавов марок Zr - Nb и Zr - Nb - Sn от термомеханических параметров холодной, теплой и горячей деформации. Сравнительный анализ кривых те чения ннследо-ванных сплавов по казат в це лом их еходный характее, но прей заме тном отличии по уровню значений cs и Лр.
2. На о сновании результатов физического (пхнстометрического) моделирования были получены технологические рекомендации по перераспределению величины единичных обжатий в условиях многоступенчатой горячей кооки заготовок квадратного сечения 190*190 мм из сплавов на оннове циркония. Было установлено, что увеличение единичных обжатий в первых проходах до величины F .=0,14-0,1(5 е монотонным их снижением к концу цикла ковки позво-
0 0,4 0,3 1,2 l,fi 2,0 1.Л £
а б
Рис. 9. Результаты экспериментального и компьютерного моделирования ковки слитка из сплава Zr - Nb - Sn размером 0450 мм в заготовку сечением 190x190 мм; 1-й вариант по заводской технологии, 2-й вариант по опытному режиму: а - кривые распределения величины: <с8 по проходам ковки; б - напряжённое со стояние в слитке при первом проходе
ляет снизить энергетические затратыс, повысить производительность технолоаического оборудования и качестаенные показатели получаемыых поковик.
3. Компьютерное моделирование процесса свободной ковки слитков из циркониевых сплавов системы Zr - Nb - Sn подтвердило результаты физического моделирования о необходимости повышения интенсивности единичные обжатий в первых проходах с соответствующим сокращением цикла обработки поковок. При этом вкзичина относительной подачи ре-комзндоеася в диапавоне 0,5< k <0 ,8, что иозволяст ннизить кероятность образования осевой пористости в деформируемой заготовке.
Список литературы
[1] Полухин П.И., Гун Г.Я., Галоис А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Мс Металлургия, 1983. 351 с.
[2] ГалкинА.М. НивулинА.Д., Бочаров О.В., и Зр. //Цветшые металлыв. 1997. № 3. C. 3Се35.
[3] Галкин А.М., Синельников Д.Д., Никулин А.Д. и др. // Цветные металлы. 1998. № 3. C. 14-17.
[4] GalkinA. BadaniKplastometryczne metali i stopow. Czçstochowa: Polite chnikaCoçstochowska. 1990. C. TC2.
[5] Dyja H., Galkin A., Knapinski M. Reologia Metali Odksztalcanych Plastycznie. Czçstochowa: WPCz. 2010. № Г90. C. 371.
[6] Dyja H.. Galhin A., Knapinski M., Oehmegov 1С. // HuBnik Wiadomosci Hutnirze. 2010. № 5. C. 067-209.
[7] Galkin A.M., Ozmiegow K.W., Kawalek A. // Hutnik Wiadomosci Hutnicze. 2012. № 12. C. 916-919.
