CC BY
39
УДК 621.777.01
001: 10.24412/0321-4664-2021-1-68-72
СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ МНОГОКАНАЛЬНОГО ПРЕССОВАНИЯ ПРУТКОВ ИЗ СПЛАВА В95
Юрий Николаевич Логинов1,3, докт. техн. наук, Николай Наильич Загиров2, канд. техн. наук, Евгений Владимирович Иванов2, Игорь Алексеевич Насонов2
1 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия, j.n.loginov@urfu.ru
2 Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия, kafomd_1@mail.ru
3 Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия
Аннотация. Выполнено сравнение двух вариантов производства прутков диаметром 15 мм из сплава В95. По первому варианту прутки получают многоканальным прессованием из литой заготовки диаметром 160 мм. По другому варианту прессование двойное: первое прессование выполняют из литой заготовки диаметром 480 мм с получением промежуточной заготовки диаметром 160 мм, второе прессование - многоканальным способом.
Установлено, что во втором варианте удается повысить скорость прессования более чем в 3 раза. Однако при этом снижаются прочностные свойства и повышаются пластические. Те и другие укладываются в диапазон, допускаемый стандартом.
Ключевые слова: многоканальное прессование, скорость деформации, алюминиевые сплавы, прочность, пластичность
Comparison of Different Versions of Multi-Channel Extrusion of V95 Alloy Bars. Dr. of Sci. (Eng.) Yuriy N. Loginov1,3, Cand. of Sci. (Eng.) Nikolay N. Zagirov2, Evgeniy V. Ivanov2, Igor A. Nasonov2
1 Ural Federal University named after the first president of Russia B.N. Yeltsin, Yekaterinburg, Russia, e-mail: j.n.loginov@urfu.ru
2 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia, kafomd_1@mail.ru
3 M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia
Abstract. Comparison of two different versions of manufacturing 0 15 mm bars from V95 alloy was carried out. According to the first method, the bars were produced by the multichannel extrusion of a 0160 mm cast billet. As for the another version, the bars a produced by two-stage extrusion - the first stage is performed from a 0 480 mm cast billet to obtain an intermediate billet of 160 mm in diameter and the second stage is carried out by the multichannel method.
It has been stated that it is possible to increase the extrusion speed more than three times due to the second version. At the same time, the strength properties are decreased and the plastic properties are increased. All these properties are within the range allowed by the standard
Key words: multichannel extrusion, strain rate, aluminum alloys, strength, ductility
Предыдущие исследования
Прессование является одним из самых многотоннажных заготовительных переделов, применяемых для обработки давлением
цветных металлов [1, 2]. Отмечается, что процесс прессования сопровождается различного рода неравномерностями распределения деформаций [3, 4].
Для производства тонкомерных изделий часто применяют вариант многоканального прессования как для тяжелых [5], так и для легких металлов, в том числе алюминиевых сплавов [6]. В производстве прессованных прутков и профилей из алюминиевых сплавов большое внимание уделяется скоростным условиям проведения процесса из-за возможности потери пластичности [7] или структурного упрочнения. Целью работы является оценка возможности повышения скорости, а значит, и производительности процесса изготовления прутков из сплава В95 при прессовании через многоканальную матрицу за счет введения предварительной деформационной проработки металла заготовки.
Описание сплава и технологических приемов
Для проведения промышленного эксперимента использовали прессовое оборудование предприятия ООО «КраМЗ». Конечной продукцией являлись прутки круглого поперечного сечения из высокопрочного сплава В95 системы Д!-гп-Мд-0и (зарубежные аналоги сплава -ДД7075, Д!гпМд0и1). Химический состав сплава В95 (цифровое обозначение 1950) по основным элементам в соответствии с ГОСТ 4784 (% мас.): 86,3-91,5 Д!; 5-7 гп; 1,8-2,8 Мд; 1,4-2,0 Си; 0,10-0,25 0г. Задано состояние поставки Т1, т. е. предполагается выполнение операций закалки и искусственного старения.
На рис. 1 представлены традиционная технологическая и опытная схемы.
а б
Рис. 1. Укрупненные схемы традиционной (а) и опытной (б) технологий
Рис. 2. Внешний вид промежуточных заготовок
Традиционная схема представляет собой метод однократного прессования (рис. 1, а), оно проводится при температуре 420 °С. В качестве опытного (рис. 1, б) применили вариант двойного прессования, т. е. вначале использовали одноканальное обратное прессование предварительно обточенного слитка с получением промежуточной заготовки (рис. 2), а затем прямое многоканальное прессование этой заготовки с получением набора прутков. Отметим, что по традиционной технологии литая заготовка имела меньший диаметр. Увеличение диаметра литой заготовки резко увеличивает производительность литейного передела.
Первое прессование слитков диаметром 480 мм, нагретых до температуры 380 °С, осуществляли на прессе номинальным усилием 72 МН через матрицу диаметром 162 мм при коэффициенте вытяжки 9. Внешних дефектов на заготовках не обнаружено. Скорость прессования составляла 2,5 мм/с. Макро- и микроструктура не имела трещин, рыхлот, расслоений и утя-жин, т. е. соответствовала требованиям технических условий, сформулированным в стандарте (рис. 3). Далее полученную заготовку прессовали из контейнера диаметром 170 мм через матрицу с 15 каналами, получая прутки диаметром 8 мм.
При проведении промышленного эксперимента в рамках реализации опытной технологии изменяли температуру второго прессования на двух уровнях 400 и 420 °С, а скорость прессования принимали равной 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,7 мм/с. Заданная скорость фиксировалась после подпрессовки и прекращения бросков скорости до установления ее стационарности.
После осуществления многоканального прессования выполняли визуальный осмотр по-
лученных прутков с целью выявления возможных дефектов. Выяснили, что использование скоростей в диапазоне 0,6 - 1,6 мм/с при температуре 420 °С не приводит к трещинообра-зованию (рис. 4, а). Вместе с тем увеличение в этом диапазоне скорости прессования приводит к повышению кривизны части прутков, проявляющейся в их волнистости, что в целом не является признаком брака (рис. 4, б). Объяснить это явление можно с позиций теории прессования: увеличение скорости ведет к повышенному тепловыделению, причем в областях повышенных сдвигов они локально присутствуют вблизи
Рис. 4. Вид отпрессованных прутков нормального качества (а), прутков с волнистостью (б) и поперечными трещинами (в)
каждого из каналов [8]. Тепловыделение и те-плоотвод здесь не симметричны для каждого из каналов, поскольку имеется как наружный, так и внутренний контур. Поэтому становится возможным образование кривизны и волнистости.
Увеличение скорости прессования до 1,7 мм/с привело к образованию поперечных трещин (рис. 4, в). Таким образом, установлено, что допустимая скорость прессования составляет 1,6 мм/с. Она оказалась выше установленной максимальной скорости для традиционной технологии на 1,1 мм/с при реально применяющейся 0,5 мм/с. Таким образом, удалось повысить скорость прессования более чем в 3 раза относительно традиционной технологии, что естественно должно сказаться на повышении производительности процесса.
Переход к температуре прессования 400 °С показал, что установленные закономерности сохраняются: прессование при скоростях ниже 1,7 мм/с не приводило к образованию дефектов. В результате при указанной температуре и скорости 1,6 мм/с было отпрессовано семь заготовок при отсутствии дефектов в изделиях.
Механические свойства продукта
По действующей технологии механические свойства конечного продукта, измерен-
ные после закалки и старения, представлены следующими средними значениями (выборка 15 образцов): условный предел текучести 580 МПа, временное сопротивление разрыву 637 МПа, относительное удлинение после разрыва 12,0 %.
По опытной технологии механические свойства конечного продукта, измеренные после закалки и старения, характеризуются уже такими средними значениями (выборка 12 образцов): условный предел текучести 510 МПа, временное сопротивление разрыву 565 МПа, относительное удлинение после разрыва 13,4 %.
В соответствии с ГОСТ 21488—97 (Прутки прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов) для прутков диаметром 6-22 мм минимальные значения временного сопротивления и условного предела текучести составляют 490 и 390 МПа соответственно, а относительное удлинение после разрыва 6 %. Отсюда видно, что продукция, полученная и по традиционной технологии, и по опытному варианту, удовлетворяет этим требованиям.
Вместе с тем выявлено, что прочностные свойства прутков по опытной технологии оказываются ниже, а пластические свойства выше. Сравнение результатов испытаний с литературными данными показывает следующее. В книге [9, с. 182] отмечается, что применение двойного прессования алюминиевых сплавов приводит к снижению их прочностных свойств за счет частичной потери пресс-эффекта. Однако это сравнение выполнялось для случая, когда один процесс прессования происходил с фиксиро-
ванным коэффициентом вытяжки, а при двойном прессовании этот коэффициент вытяжки делился на два значения - для первого и второго прессования. В результате при реализации второго прессования степень деформации оказывалась заведомо ниже, что снижало эффект нагартовки и структурного упрочнения.
На взгляд авторов, можно найти и другое объяснение явлению. Стремление повысить скорость прессования, а следовательно, и производительность само по себе приводит к снижению эффекта структурного упрочнения, т.е. к снижению температуры начала рекристаллизации. В результате прочностные свойства могут снижаться [10]. Хотя можно также отметить, что это снижение в опытной технологии не вызвало выхода характеристик за пределы значений, требуемых стандартом, поэтому допустимо.
Заключение
Замена однократного прессования на двойное с сохранением во втором прессовании конфигурации заготовки однократного прессования позволяет повысить скорость второго многоканального прессования более чем в 3 раза. При этом происходит снижение прочностных свойств и повышение пластических свойств изделия, не выводящее их за пределы требований стандарта.
Применение такой технологической схемы должно способствовать повышению производительности литейного и прессового переделов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Довженко Н.Н., Беляев С.В., Сидельников С.Б., Довженко И.Н., Лопатина Е.С., Галиев Р.И. Прессование алюминиевых сплавов: моделирование и управление тепловыми условиями. - Красноярск: СФУ, 2009. - 255 с.
2. Логинов Ю.Н. Прессование как метод интенсивной деформации металлов и сплавов. - Екатеринбург: УрФУ, 2016. - 156 с.
3. Бережной В.Л. Анализ и формализация представлений о неравномерности деформации для технологического развития прессования // Технология легких сплавов. 2013. № 1. С. 40-57.
4. Быков А.П., Каргин В.Р., Каргин Б.В. Прессование. - Самара: Самарский гос. аэрокосмический ун-т им. акад. С.П. Королева, 2010. - 146 с.
5. Kraft F.F., Kochis J. Hot extrusion of thin-wall multichannel copper profiles // Journal of Manufacturing
Science and Engineering, Transactions of the ASME. 2013. V. 135(6). No 061008.
6. Пасхалов А.С. Оценка возможности интенсификации многоканального прессования с использованием активного действия сил трения // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 8. С. 29-34.
7. Misiolek W., Zasadzinski J. Estimating optimal speed/temperature parameters to maximize hot extrusion exit speed // Light Metal Age. 1988. V. 46 (11-12). P. 18-22.
8. Логинов Ю.Н., Семенов А.П., Еремеев В.В. Определение мощности сил среза при многоканальном прессовании // Цветные металлы. 2006. № 12. С. 85-87.
9. Жолобов В.В., Зверев Г.И. Прессование металлов. - М.: Металлургия, 1971. - 456 с.
10. Логинов Ю.Н., Дегтярева О.Ф. Интенсивность скоростей деформации как управляющий фактор при прессовании алюминиевых сплавов со структурным упрочнением. Современные достижения
в теории и технологии пластической обработки металлов. - СПб.: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2007. С. 359-363.
REFERENCES
1. Dovzhenko N.N., Belyayev S.V., Sidelnikov S.B., Dovzhenko I.N., Lopatina Ye.S., Galiyev R.I. Pres-sovaniye alyuminiyevykh splavov: modelirovaniye i upravleniye teplovymi usloviyami. - Krasnoyarsk: SFU, 2009. - 255 s.
2. Loginov Yu.N. Pressovaniye kak metod intensivnoy deformatsii metallov i splavov. - Yekaterinburg: UrFU, 2016. - 156 s.
3. Berezhnoy V.L. Analiz i formalizatsiya predstavleniy o neravnomernosti deformatsii dlya tekhnologiches-kogo razvitiya pressovaniya // Tekhnologiya lyogkikh splavov. 2013. № 1. S. 40-57.
4. Bykov A.P., Kargin V.R., Kargin B.V. Pressovaniye. - Samara: Samarskiy gos. aerokosmicheskiy un-t im. akad. S.P. Koroleva, 2010. - 146 s.
5. Kraft F.F., Kochis J. Hot extrusion of thin-wall multichannel copper profiles // Journal of Manufacturing Science and Engineering, Transactions of the ASME. 2013. V. 135(6). No 061008.
6. Paskhalov A.S. Otsenka vozmozhnosti intensifikatsii mnogokanal'nogo pressovaniya s ispol'zovaniyem ak-tivnogo deystviya sil treniya // Zagotovitel'nyye proiz-vodstva v mashinostroyenii. 2009. № 8. S. 29-34.
7. Misiolek W., Zasadzinski J. Estimating optimal speed/ temperature parameters to maximize hot extrusion exit speed // Light Metal Age. 1988. V. 46 (11-12). P. 18-22.
8. Loginov Yu.N., Semenov A.P., Yeremeyev V.V. Opredeleniye moshchnosti sil sreza pri mnogo-kanal'nom pressovanii // Tsvetnyye metally. 2006. № 12. S. 85-87.
9. Zholobov V.V., Zverev G.I. Pressovaniye metallov. -M.: Metallurgiya, 1971. - 456 s.
10. Loginov Yu.N., Degtyareva O.F. Intensivnost sko-rostey deformatsii kak upravlyayushchiy faktor pri pressovanii alyuminiyevykh splavov so strukturnym uprochneniyem. Sovremennyye dostizheniya v teo-rii i tekhnologii plasticheskoy obrabotki metallov. -SPb.: Sankt-Peterburgskiy politekhnicheskiy univer-sitet Petra Velikogo, 2007. S. 359-363.
