книги из ГПНТБ / Прессование алюминиевых сплавов. Математическое моделирование и оптимизация

Рис. 51-6 продолжение

ном участке сокращается, что указывает на наличие в этой области зоны затрудненной деформации и на за­ медленную скорость течения металла. Характер распо­ ложения проволок у торцовой поверхности матрицы подтверждает сделанный раньше вывод о том, что при обратном прессовании так называемая «мертвая зона» практически отсутствует. Недеформированным остается только очень тонкий слой торцовой поверхности слитка, примыкающей к матрице. В дальнейшем поверхностные

222

Рис. 51-е продолжение

слои заготовки переходят в изделие и распределяются непосредственно по поверхности прутка. Скорость тече­ ния поверхностных слоев увеличивается с приближени­ ем их к каналу матрицы и уменьшением высоты пресс-

остатка.

Для прямого прессования (см. рис. 50) на большом участке слитка также характерно отсутствие перемеще­

223

ния его поверхности относительно контейнера. Это свя­ зано с полным прилипанием металла к стенкам контей­ нера. В непосредственной близости от прессшайбы про­ исходит срез поверхностных слоев и их внедрение внутрь заготовки, что и вызывает так называемые «пережимы» центральных слоев слитка. По мере уменьшения высоты прессостатка большая часть поверхности переходит во внутренние слои заготовки и происходит их течение в сторону канала матрицы. Однако для прямого прес­ сования при определенной высоте прессостатка можно избежать попадания поверхности заготовки в изделие, хотя это повышает потери металла.

Течение слоев металла, находящихся уже на неболь­ шом расстоянии от поверхности (глубина канавок 4 и 10 мм), носит иной характер, чем течение слоя, находя­ щегося непосредственно на поверхности. При обратном прессовании проволоки, расположенные в этих слоях, при течении вдоль матрицы и прессшайбы находятся от ее поверхности на расстоянии, примерно вдвое большем, чем их первоначальное расстояние от поверхности заго­ товки. При этом расстояние между отдельными проволо­ ками не уменьшается.

Это подтверждает значительное увеличение скорости течения этих слоев металла по сравнению с поверхно­ стными, что свидетельствует в свою очередь о наличии значительной сдвиговой деформации в области, заклю­ ченной между этими слоями, а также матрицей и прессшайбой. При подходе к каналу матрицы рассматривае­ мые слои металла истекают внутрь изделия.

Как при прямом, так и при обратном прессовании расположение проволок, находящихся до деформации на расстоянии 4 и 10 мм от поверхности заготовки, анало­ гично расположению соответствующих узловых точек координатной сетки. Все проволоки в этом случае за­ держиваются в поверхностных слоях заготовки. Истече­ ние слоев металла, находящихся в заготовке на глубине 4 мм от ее поверхности, и их внедрение внутрь изделия начинается при высоте прессостатка, меньшей примерно одной четверти длины слитка. Истечение слоев металла, находящихся от поверхности заготовки на расстоянии 10 мм, начинается при высоте прессостатка, равной при­ мерно 0,7 от длины слитка.

Зависимость протяженности и глубины залегания де­ фектов в прутках от метода прессования и глубины по­

224

верхностных дефектов в заготовке показана в табл. 34. Из этих данных видно, что в случае прямого прессова­ ния дефекты слитка глубиной меньше 0,06 радиуса кон­ тейнера, могут быть задержаны в прессостатке. При этом высота прессостатка должна составлять не менее 20% от длины слитка. При меньших прессостатках эти дефекты слитка могут проникать в прессуемое изделие, причем глубина их проникновения значительно превы­ шает величину дефектов в слитке.

Т а б л и ц а 34

Зависимость протяженности и глубины залегания дефектов от метода прессования

При обратном прессовании перемещение поверхности заготовки в пруток начинается с момента, когда отпрес­ сована длина слитка, равная всего 0,7 его диаметра, тог­ да как при прямом прессовании она равна 2—3 d. Прав­ да, в этом случае глубина залегания дефектов значи­ тельно меньше, чем при прямом прессовании. Однако

.

Рис. 52. Макроструктура прутков, полученных из слитков с дефектами литейно­ го происхождения (неслитины):

а — обратное прессование; б — прямое прессование

226

- •>*

:-:ьЛ

для обеспечения хорошего качества поверхности изде­ лий при обратном прессовании необходимо высокое ка­ чество исходных заготовок. Наличие на поверхности слитков таких дефектов, как несплошности, ликваты, мо­ жет привести к окончательному браку изделий.

На рис. 52 показана структура прутка, полученного обратным прессованием из литой заготовки, на поверх­ ности которой имелись дефекты литейного происхожде­ ния (неслитины). В поверхностных слоях прутков вид­ ны темные концентрические линии, в которых имеются скопления интерметаллидов.

2. ВЛИЯНИЕ МЕТОДА ПРЕССОВАНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

И СТРУКТУРУ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Качество изделий, отпрессованных при малых степенях деформации

Влияние метода прессования на качество крупнога­ баритных изделий, прессуемых с малыми степенями де­ формации, изучалось на прутках сплава Д 16.

Из контейнера диаметром 500 мм были отпрессова­ ны прутки диаметром 160; 200; 250; 280 и 300 мм с ко­ эффициентами вытяжки, соответственно равными 10; 6,25; 4,0; 3,2 и 2,8.

Прессование вели как с прямым, так и с обратным истечением металла. Температура слитка во всех слу­ чаях была равна 380—390° С, температура рабочей по­ верхности втулки контейнера составляла 380° С.

Для сравнения качества прутков исследовали их мак­ ро- и микроструктуры и механические свойства. От каж­ дого прутка были отобраны по два образца, которые вы­ резали с выходного конца в долевом направлении из центральной части прутков.

Длина долевых макротемплетов равнялась трем ди­ аметрам прутка. Темплеты были подвергнуты закалке с нагревом до 500°С в лабораторной селитровой ванне. Длительность выдержки приведена в табл. 35.

Естественное старение было проведено при комнат­ ной температуре в течение 10 суток.

Для испытания механических свойств в центре прут­ ка и в периферийной части были отобраны образцы по схеме, позволяющей определить распределение уровня прочностных и пластических характеристик но длине прутка через каждые 40 мм на исследуемом участке. Второй темплет каждого прутка использовали для ме­ таллографического анализа.

Результаты испытания механических свойств прут­ ков представлены на рис. 53.

Как следует из приведенных данных, значения предел лов прочности образцов, вырезанных из периферийной зоны прутков, при прямом и обратном прессовании на­ ходятся примерно на одном уровне и уже на расстоянии 0,6 диаметра от выходного конца в обоих случаях пре­ вышают требования технических условий.

Предел прочности образцов, вырезанных из централь­ ной части прутков, полученных прямым прессованием, намного ниже предела прочности образцов, вырезан­ ных из центральной части прутков, отпрессованных с об­ ратным истечением. Эта разница уменьшается с повы­ шением коэффициента вытяжки и увеличением расстоя­ ния от выходного конца прутка.

Если рассматривать равномерность свойств по сече­ нию прутка, т. е. учитывать разницу свойств образцов, отобранных из его периферийных и центральной частей, то эта разница также значительно меньше при обрат­ ном прессовании.

Так, на расстоянии одного диаметра от выходного конца при обратном прессовании эта разница равна все­ го 20—30 МН/м2 (2—3 кгс/мм2) и только у прутков ди­ аметром 280 и 300 мм она составляет 40 МН/м2 (4 кгс/мм2). При прямом прессовании разница достигает 80—150 МН/м2 (8—15 кгс/мм2). С увеличением расстоя-

230

шія до двух диаметров при обратном прессовании значе­ ние предела прочности как в центре, так и в периферий­ ной части прутков практически одинаково. Для прямоте прессования неравномерность равна 40—80 МН/м2 (4— 8 кге/мм2).

Аналогичную картину можно наблюдать и для рас­ пределения пластических характеристик по сечению и длине прутков.

Следовательно, применение обратного прессования позволяет получить прутки больших диаметров с более равномерными механическими свойствами по сечению и длине и с более высоким уровнем свойств в централь­ ной части прутка. Разница в свойствах объясняется раз­ личным распределением деформации по сечению и дли­ не прутков при обратном и прямом прессовании.

Характер распределения деформации, зависящий от метода прессования, подтверждается анализом макро-

имикроструктуры прутков (рис. 54 и 55). Если прутки, отпрессованные с прямым истечением, на большом рас­ стоянии от выходного конца имеют грубую, слабодефор­ мированную структуру, то при обратном пресссвании уже на расстоянии, равном одному диаметру от выход­ ного конца, наблюдается волокнистая, деформированная структура по всему сечению прутка.

Сопоставление результатов исследования распреде­ ления деформации и механических свойств по сечению

идлине прутков позволяет сделать вывод о том, что для получения необходимых механических свойств в прессо­ ванных изделиях из алюминиевых сплавов нужна опре­ деленная минимальная деформация, достаточная для разрушения литой структуры и получения определенной величины зерна после прессования. Это обеспечит про­ текание диффузионных процессов в сплаве со скоростью, нужной для достаточного растворения легирующих ком­ понент при нагреве под закалку с приемлемыми для практики выдержками. При деформации выше этого ми­ нимального порога свойства при прочих равных услови­ ях мало изменяются в широком деформационном интер­ вале и в значительной степени зависят только от хими­ ческого состава, качества исходной заготовки и режимов термической обработки.

При определении минимальной деформации следует иметь в виду не среднюю, а фактическую деформацию, которую получили центральные слои изделия.

231