Тема: ОСОБЕННОСТИ ПРОКАТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ С ГЕКСАГОНАЛЬНОЙ РЕШЕТКОЙ

РЕФЕРАТ
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА, ГПУ МЕТАЛЛЫ, ТИТАН, ЦИРКОНИЙ, МАГНИЙ, ДВОЙНИКОВАНИЕ, ТЕКСТУРА,
АНИЗОТРОПИЯ, УСЛОВИЕ ТЕКУЧЕСТИ, ПОВЕРХНОСТЬ ТЕКУЧЕСТИ, ЭВОЛЮЦИЯ ТЕКСТУРЫ, ОЕТОКМ-ЗЭ.
Цель работы - определение особенностей деформации металлов с гексагональной плотноупакованной решеткой с учетом развитой анизотропии свойств.
В работе описаны процессы пластической деформации для наиболее распространённых металлов с ГПУ кристаллической решеткой, к числу которых относится титан, магний, цирконий. Рассматривается характеристика ГПУ металлов с точки зрения особенностей кристаллического строения и действующих механизмов пластической деформации, описана область применения. Описано поведение металлов с ГПУ решеткой при пластической деформации и при повышенных температурах, что накладывает требования к технологии производства изделий из данных металлов. Представлены основные условия текучести, применяемые для ортотропных металлов, отражающие различное поведение материала в разных направлениях. Методом конечных элементов выполнены расчеты и представлено сравнение параметров плоской прокатки циркониевого сплава Э125 при применении изотропного и ортотропного условий текучести.
С исторической точки зрения, освоение человечеством металлов как основного конструкционного и инструментального материала, выделяется как одна из основных вех в развитии. Даже название эпох соответствует используемому в данное время материалу (каменный, медный, железный века). В последние века, из-за распространённости, комплекса свойств и относительной простоты получения, пальму первенства как основной материал для инструментов и различных конструкций заняло железо и сплавы на его основе. И действительно сейчас более 90 % всего объёма всех металлов занимают черные металлы - различные стали и чугуны.
Однако, в последние годы, с повышением требований к используемым материалам, что объясняется как ужесточением условий их эксплуатации, получения сверхвысоких свойств в конкретной области, поиска «заменителя сталей» в тех областях, где использование сталей не дает желаемых результатов (аэрокосмическая промышленность, работа с агрессивными средами, и т.д.) все более востребованными являются различные цветные металлы к числу которых относятся и металлы, и сплавы с ГПУ кристаллической решеткой.
К числу основных таких материалов, описанных далее будут представлены:
- титан за счет высокой прочности как при комнатной, так и повышенной температуре, относительно малой плотности 4,54 г/см3, высокой коррозионной стойкости за счет образования плотной и прочно сцепленной с основным металлом оксидной пленки, а также возможности создания высокоупругих и сверхупругих сплавов;
- цирконий за счет высокой жаропрочности, высокой коррозионной стойкости, уникально низкого поперечного захвата тепловых нейтронов, что позволяет создавать прозрачные для нейтронов элементов реакторов;
- магний за счет крайне низкой плотности 1,738 г/см3, которая позволяет создать сверхлегкие конструкции, что активно применяется в самолётостроении и, производстве автомобилей, кроме того, магний имеет плотную оксидную пленку МдО, защищающую металл от воздействия окружающей среды и активных сред [1].
К числу остальных металлов с ГПУ решеткой относятся /п, Со, Ве, ИГ, Сй, однако данные элементы редко применяются в чистом виде или как основа сплавов, поэтому они будут описаны менее полно.
Таким образом, появляется необходимость в наличии не только классического подхода к технологии изготовления изделий из сталей и чугунов, но и формировании нового подхода, специально разработанного для производства изделий из металлов и сплавов с ГПУ-решеткой.
Формирование такого подхода позволит не только скорректировать режимы обработки металлов давлением для обеспечения постоянно возрастающего спроса на такие изделия, но и повысить выход годного, что в свою очередь значительно снизит себестоимость таких изделий, так как она значительно превосходит себестоимость аналогичных изделий из стали из-за меньшей распространённости руды, сложного процесса получения, рафинирования и более сложного процесса обработки.

Купить

Рассматривая особенности производства изделий из металлов и сплавов с ГПУ-решеткой, необходимо в первую очередь выделить исходные особенности самой ГПУ решетки, к которым относятся: исходная степень тетрагональности с/а из-за которой отсутствует большое количество плоскостей легкого скольжения и преобладает пластическая деформация путем двойникования, деформация приводит к образованию выраженной текстуры, из-за преимущественной ориентировки как зерен металла, так и базисных плоскостей самой кристаллической решетки.
Данные особенности решетки приводят к получению анизотропного материала при наличии напряженного состояния с преобладанием какого- либо вида напряжений в одной плоскости. При этом имеются способы как устранения анизотропии путем изменения напряженного состояния, либо же получения анизотропного материала с ярко выраженной текстурой при повторении схем нагружения.
Математически анизотропия ГПУ металлов нашла отражение в формировании подходов к формированию условий текучести для ортотропных материалов. Наиболее популярная модель для ортотропного материала - модель Мизеса - Хилла основывается на связи компонентов девиатора напряжений с рядом параметров анизотропии, которые связаны с сопротивлением материала действию нормальных и касательных напряжений в разных плоскостях.
Применение для анализа поведения материала при использовании условия текучести Хилла пакета программ «ПеГогш-Зй» позволяет поставить задачу по плоской прокатке листов из сплава системы 2г-ЛЪ Э125. По известному режиму обжатий полосы и коэффициентам анизотропии уравнения Хилла было проведено моделирование процесса плоской прокатки в 3 прохода. Для сравнения было проведено моделирование процесса прокатки с аналогичными обжатиями с применением изотропного условия текучести Мизеса.
По результатам моделирования можно сделать несколько выводов:
- при использовании анизотропного условия текучести Хилла наблюдается меньшее общее уширение полосы и соответственно, при равной толщине полосы большее удлинение. Так после 3 проходов плоской прокатки от 3,37 мм до 2,3 мм относительное уширение анизотропной полосы составило £В = 0,89% против £В = 1,10% и соответственно относительное удлинение £ь = 45,23% для анизотропной полосы и £ь = 44,93% для изотропного упрочнения. Однако при этом металл сильнее уширяется в первом проходе прокатки, поэтому целесообразно уменьшать обжатия в первых проходах.
- напряжения в очаге деформации, возникающие в процессе прокатки в направлении нажатия и направлении прокатки близки по своим значениям и обладают схожими зависимостями, при условии текучести Мизеса и Хилла. При этом для анизотропной полосы наблюдается более быстрое упрочнение в поперечном направлении что объясняет её меньшее уширение, так как металлу легче течь в направлении наименьшего сопротивления.
- Усилие прокатки при обоих условиях текучести близки по своим значениям из-за близких значений напряжений в нормальном направлении.

Купить