Принцип проектирования процессов холодной листовой штамповки на основе изменения фазового состава стали при деформации Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.7

Канд. техн. наук М. В. Краев1, д-р техн. наук В. А. Гринкевич1, канд. физ.-мат. наук Т. В. Хлынцева1, канд. физ.-мат. наук В. С. Краева2

1 Национальная металлургическая академия Украины; 2 ДИИТ,

г. Днепропетровск

ПРИНЦИП ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ НА ОСНОВЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА СТАЛИ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ

Описан принцип разработки режимов штамповки аустенитной нержавеющей стали, позволяющий повысить ее деформируемость за счет использования внутренних ресурсов пластичности материала заготовок.

Разработка технологических процессов штамповки предполагает рациональное использование ресурса пластичности материала заготовок. Одним из современных направлений развития штамповочного производства является создание технологий обработки стали на основе использования знаний смежных областей науки, например обработки давлением и прикладного материаловедения. В результате возможна разработка нетрадиционных подходов проектирования процессов обработки стали с получением изделий, обладающих уникальным комплексом физико-механических свойств.

Постановка проблемы

При холодной штамповке метастабильных аусте-нитных сталей изменение фазового состава стали в процессе деформации обычно не принимается во внимание. Однако протекающее в процессе штамповки мартенситное превращение оказывает свое влияние на прочностные и пластические свойства стали, а значит, и на ее штампуемость. Это наиболее актуально при производстве тонкостенных и особотонкостенных изделий, что расширяет возможности их изготовления.

Постановка задачи

Целью данной работы является разработка комплексного подхода при рассмотрении формоизменения и структуры стали, позволяющего корректировать режимы штамповки заготовок с получением необходимых свойств изделий.

Изложение основных материалов исследования

Деформационное мартенситное превращение можно рассматривать как негативный фактор, вызывающий дополнительное упрочнение стали, и как способ повышения ее деформируемости (эффект пластичности, наведенной превращением (ПНП)).

Из литературных данных [1, 2] известно, что эффект ПНП достигается при интенсивном протекании

мартенситного превращения в процессе деформации. Однако какие-либо количественные данные в литературе отсутствуют.

Обеспечение устойчивого деформирования заготовок предполагает увеличение прочности материала при достаточной его пластичности. Прочность обеспечивается наклепом стали, пластичность - релаксацией внутренних напряжений при мартенситном превращении.

Предложено в качестве параметра, характеризующего условия для осуществления ПНП, использовать соотношение относительного изменения количества мартенсита Д/м = /м//м0 и относительного упрочнения стали Дстх = стх/стх0. В идеальном случае, исходя из условий осуществления эффекта ПНП, в процессе деформации отношение Д/м/Да5 должно иметь постоянные значения, близкие к единице. Таким образом, интенсивность фазового превращения должна соответствовать интенсивности упрочнения стали.

При отклонении значений Д/м/Да5 от единицы один из процессов становится доминирующим, что негативно сказывается на деформируемости стали. Излишний наклеп стали при недостаточном разупрочнении за счет образования мартенсита, ограничивает ее предел деформируемости. А слишком интенсивное мартен-ситное превращение в пределах перехода штамповки резко уменьшает интенсивность превращения в последующих переходах, чем снижает свое разупрочня-ющее действие.

Предложено в качестве параметра, характеризующего условия для осуществления ПНП, использовать соотношение относительного изменения количества мартенсита Д/м = /м//м0 и относительного упрочнения стали Дстх = ст^/ст^. В идеальном случае, исходя из условий осуществления эффекта ПНП, в процессе деформации отношение ДМ/Дст5 должно иметь постоянные значения, близкие к единице. Таким образом, интенсивность фазового превращения должна соответствовать интенсивности упрочнения стали.

© М. В. Краев, В. А. Гринкевич, Т. В. Хлынцева, В. С. Краева, 2008

72

ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБКИ КОНСТРУКЦ1ЙНИХ МАТЕР1АЛ1В

При отклонении значений Д/^/Дст^ от единицы один из процессов становится доминирующим, что негативно сказывается на деформируемости стали. Излишний наклеп стали при недостаточном разупрочнении за счет образования мартенсита ограничивает ее предел деформируемости. А слишком интенсивное мартен-ситное превращение в пределах перехода штамповки резко уменьшает интенсивность превращения в последующих переходах, чем снижает свое разупрочня-ющее действие.

Проведен ряд экспериментов [3-5] по обжиму и вытяжке тонкостенных заготовок из стали 12Х18Н10Т.

Основное количество переходов обжима осуществляется с близким к оптимальному значению параметром Д/^/Дст^ = 1,23^-1,36 (табл. 1). Исключение составляет первый переход обжима закаленной заготовки, где интенсивность превращения значительно превысила интенсивность упрочнения заготовки. Для достижения высокой деформируемости стали нежелательно использовать разупрочненные заготовки (закалка для аустенитной стали является разупрочняющей термообработкой) с минимальным содержанием мартенсита. Это объясняется более высокой интенсивностью протекания в них процессов упрочнения и фазовых превращений, что увеличивает вероятность раннего достижения предела их деформируемости.

Во втором переходе вытяжки коэффициент Д/^/Дст^ принял значение, равное 4,06. В последующих переходах штамповки значения коэффициента близки к единице. Из полученных данных следует, что при содержании мартенсита в структуре стали до 50 % интенсивность превращения может значительно превышать интенсивность упрочнения стали без существенного ущерба деформируемости заготовок. Значения параметра имеют решающее влияние на деформируемость заготовок при критических степенях деформации за переход штамповки и в последних переходах многопереходной штамповки.

Таблица 1 - Значения соотношения AfJAaS при обжиме и вытяжке

Переходы деформации Коб или КвЫт за переход Коб или Квыт суммарный A/m/A^s

Обжим

1 1,10 1,10 1,30

1 1,16 1,16 1,28

1 1,20 1,20 1,36

2 1,14 1,32 1,25

Обжим после закалки

1 1,16 1,16 2,28

2 1,14 1,32 1,23

Вытяжка

1 1,25 1,25 1,58

2 1,25 1,52 4,06

3 1,27 1,92 1,02

4 1,15 2,22 0,82

Примечание. Коg = R/r и Квыт = R/r (R и r — радиусы заготовки и детали соответственно)

Предложенный параметр может использоваться для корректировки режимов деформации разрабатываемых технологических процессов многопереходной штамповки. Алгоритм разработки технологического процесса следующий:

1. Определение прочностных свойств и структуры заготовок в исходном состоянии.

2. Определение закономерностей их изменения в процессе штамповки.

3. Предварительная разработка режимов деформации заготовок по известным методикам.

4. Определение устойчивости заготовки в штампе и значений параметра AfJAas по предполагаемым переходам штамповки.

5. Корректировка величины деформации за переход штамповки с приближением значений параметра AfJAaS к единице.

6. Фиксирование значений деформации по переходам штамповки.

Реализация приведенного принципа разработки технологического процесса штамповки позволило в максимальной степени реализовать потенциал мартен-ситного превращения, чем достичь высокого уровня физико-механических свойств (в том числе прочностных) изделий. Применение комплексного подхода, рассматривающего проблему упрочнения стали совместно с изменением ее структуры и свойств, осуществлено при штамповке различных изделий из стали 12Х18Н10Т в условиях Государственного научно-производственного предприятия «Текопром».

Выводы

1. Разработан технологический параметр, характеризующий условия для осуществления эффекта пластичности наведенной превращением. Представлены значения указанного параметра при обжиме и вытяжке заготовок в условиях интенсивного деформационного мартенситного превращения с достижением высокой суммарной степени деформации.

2. Представлен алгоритм проектирования технологических процессов многопереходной штамповки с учетом влияния структурных факторов на деформируемость и свойства металла.

Промышленными экспериментами подтверждена возможность существенного увеличения деформируемости стали в условиях изменения ее фазового состава.

Перечень ссылок

1. Филиппов М.А., Литвинов В.С., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом. - М.: Металлургия, 1988. - 256 с.

2. Effects of strain state and strain rate on deformation -induced transformation 304 stainless. Magnetic measurements and mechanical behaviour. S. S. Hecker, M. G. Stout, K. P. Standhammer, J. L. Smith // Met. Trans. A. -1982. - Vol 13, pt 1. - Р. 619-626.

3. Опыт получения тонкостенного полого цилиндричес-

ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2008

73

кого изделия из стали 12Х18Н10Т с созданием по поверхности ферромагнитных свойств / М.В. Краев, В.А. Гринкевич, В.Г. Рыжов, В.И. Тейковцев // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. -№ 8-9. - С. 504-506.

4. Гринкевич В. А., Рыжов В.Г., Краев М.В. Прочностные и магнитные свойства холоднодеформированных тонкостенных цилиндрических деталей из стали

12Х18Н10Т // Металл и литье Украины. - 2003. - № 5. -С. 14-15.

5. Краев М.В., Гринкевич В.А., Тейковцев В.И., Краева В.С. Проектирование технологических процессов холодной листовой штамповки с учетом деформационного фазового превращения в стали // Металл и литье Украины. - 2006. - № 11-12. - С. 34-35.

Одержано 17.12.2007

Описано принцип розроблення режимгв аустеттног нержавтчог сталг, яка дозволяе пгдвищити деформ1вн1сть зарахунок використання внутргшнгхресурсгв пластичностг матергалу заготовок.

Principle of the stamping mode for austenite stainless steels elaboration, which allows to raise its deformability due to material plasticity application is shown.

УДК 621.762.4

П. А. Бурлей, д-р техн. наук А. Ф. Тарасов Донбасская государственная машиностроительная академия, г. Краматорск

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЧАСТИЦ ПОРОШКА БРОНЗЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕСПЕЧЕННЫХ ПРЕССОВОК, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И СТАТИКОДИНАМИЧЕСКОМ ПРЕССОВАНИИ

Выполнено экспериментальное исследование механических свойств неспеченных прессовок, полученных из бронзового порошка с дендритной формой частиц, полученных при статическом и статико-динамическом прессовании.

Для получения деталей конструкционного назначения методами порошковой металлурги необходимо обеспечить высокую плотность прессовок, так как такие детали работают при высоких нагрузках. При использовании статического прессования технология получения деталей включает несколько этапов: прессование, промежуточное спекание, допрессовка, окончательное спекание. Такая технология позволяет получать прессовки с высокой плотностью и точностью геометрических параметров, например зубчатые колеса [1]. Детали с высокой плотностью можно также получить, используя технологию, которая включает горячую штамповку предварительно подпрессованных образцов [2]. При динамическом воздействии на порошок плотность образцов выше, чем при статическом прессовании [2]. Однако динамическое воздействие обладает и рядом недостатков, таких как недостаточная геометрическая точность получаемых изделий, низкие значения КПД при ударе, вибрации фундамента. Эти недостатки приводят к тому, что динамическое воздействие при прессовании порошков применяется относительно редко, в основном при мелкосерийном и единичном производстве. В работах [34] исследован процесс статико-динамического (СТД)

прессования различных порошков. Исследовано влияние параметров СТД нагружения на плотность и прочность неспеченных прессовок из различных порошков. Однако влияние формы частиц на параметры прессовок не рассматривались.

Целью работы является изучение влияния формы частиц порошка на прочность неспеченных прессовок, полученных СТД прессованием.

Для изучения влияния формы частиц и параметров СТД прессования на прочность прессовок применяли бронзовый порошок сферической и дендритной формы (рис. 1).

Рис. 1. Вид частиц порошка, имеющих дендритную форму

© П. А. Бурлей, А. Ф. Тарасов, 2008

74