RU2240197C1

RU2240197C1 - Method for combination type intensified plastic deformation of blanks

Info

Publication number: RU2240197C1
Application number: RU2003123183/02A
Authority: RU
Inventors: Р.З. Валиев (RU); Р.З. Валиев; Х.Ш. Салимгареев (RU); Х.Ш. Салимгареев; Г.И. Рааб (RU); Г.И. Рааб; Н.А. Красильников (RU); Н.А. Красильников; Н.М. Амирханов (RU); Н.М. Амирханов
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2004-11-20
Also published as: RU2003123183A

Abstract

FIELD: plastic working of metals in order to improve their physical and mechanical properties, namely at making semi-finished products of titanium or other metals.

SUBSTANCE: method for combination type intensified plastic deformation of blanks comprises steps of deforming blanks due to successively subjecting it to twisting deformation in helical passage, then to equal-passage angular extrusion and in addition to low-temperature annealing for releasing inner stresses.

EFFECT: improved uniformity of physical and mechanical properties of part metal, significantly simplified deformation process.

2 cl, 1 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке материалов давлением с целью улучшения физико-механических свойств, в частности при изготовлении полуфабрикатов из титана или других металлов.The invention relates to the processing of materials by pressure in order to improve physical and mechanical properties, in particular in the manufacture of semi-finished products from titanium or other metals.

Известны способы обработки металлов с целью улучшения их свойств, в частности за счет формирования ультрамелкозернистой структуры (УМЗ). Эти способы предусматривают интенсивную пластическую деформацию заготовок. Например, интенсивную пластическую деформацию осуществляют путем равно-канального углового (РКУ) прессования продавливанием заготовки через матрицу с расположенными в ней двумя пересекающимися каналами (патент РФ №2128055, МКИ В 21 С 25/00, опубл. 27.03.99 г.).Known methods of processing metals in order to improve their properties, in particular by forming an ultrafine-grained structure (UFG). These methods include intensive plastic deformation of the workpieces. For example, intense plastic deformation is carried out by equal-channel angular (ECG) pressing by forcing a workpiece through a die with two intersecting channels located in it (RF patent No. 2128055, MKI B 21 C 25/00, publ. March 27, 1999).

Известно использование гидромеханического прессования с кручением путем многократного пропускания призматической заготовки через матрицу с винтовым каналом с целью получения больших пластических сдвиговых деформаций материалов (Я.Е. Бейгельзимер и др. Новые схемы накопления больших пластических деформаций с использованием гидроэкструзии. Физика и техника высоких давлений, 1999 г. Т.9, №3, с.109).It is known to use hydromechanical pressing with torsion by repeatedly passing a prismatic blank through a matrix with a helical channel in order to obtain large plastic shear deformations of materials (Ya. E. Beigelsimer et al. New schemes for the accumulation of large plastic deformations using hydroextrusion. Physics and High Pressure Engineering, 1999 city T.9, No. 3, p.109).

Известные способы интенсивной пластической деформации, позволяющие повысить прочностные характеристики обрабатываемого материала, приводят к уменьшению его пластичности. Это бывает неприемлемо для использования в ряде ответственных конструкций, где характеристики пластичности особенно важны.Known methods of intensive plastic deformation, allowing to increase the strength characteristics of the processed material, lead to a decrease in its ductility. This is unacceptable for use in a number of critical structures where ductility characteristics are especially important.

Наиболее близким к предложенному является способ комбинированной интенсивной пластической деформации, сочетающий РКУ-прессование и деформирование кручением, обеспечиваемое вращением заготовки в горизонтальном канале посредством зубчатого колеса (Утяшев Ф.З., Еникеев Ф.У., Латыш В.В., Петров Е.Н., Валитов В.А. Термомеханическая обработка для формирования ультрамелкозернистой структуры путем интенсивной пластической деформации. Тезисы международной конференции "Investigation and Application of severe Plastic deformation" NATO Sc., 1999, с. 73-77).Closest to the proposed one is a method of combined intensive plastic deformation combining ECG pressing and torsional deformation provided by rotating the workpiece in a horizontal channel by means of a gear wheel (Utyashev F.Z., Enikeev F.U., Latysh V.V., Petrov E. N., Valitov VA Thermomechanical processing for the formation of ultrafine-grained structures by intensive plastic deformation, Abstracts of the international conference "Investigation and Application of severe Plastic deformation" NATO Sc., 1999, pp. 73-77).

Недостатком способа является невозможность достижения однородных пластических деформаций и, соответственно, однородных свойств заготовок вследствие того, что в процессе непрерывного деформирования угол пересечения каналов при вращении подвижной части матрицы с горизонтальным каналом изменяется от 90 до 180°. Соответственно накопленная деформация по длине заготовки при непрерывном прессовании будет неоднородна. Более однородную деформацию этим способом можно получить за счет снижения скорости деформирования и увеличения числа оборотов подвижной части матрицы. Однако снижение скорости прессования значительно снижает производительность. Увеличение скорости вращения матрицы также имеет свои физические пределы, в первую очередь, связанные с деформационным разогревом заготовки, приводящим к рекристаллизации структуры и разупрочнению заготовок, или к разрушению заготовок (срезу) в плоскости вращения из-за высокой интенсивности деформации. Кроме того, техническая реализация способа вызывает большие технические сложности в обеспечении прецизионности по плоскости сопряжения подвижной части матрицы и неподвижной в условиях высоких давлений и температурных воздействий.The disadvantage of this method is the inability to achieve uniform plastic deformations and, accordingly, uniform properties of the workpieces due to the fact that during continuous deformation the angle of intersection of the channels during rotation of the moving part of the matrix with a horizontal channel varies from 90 to 180 °. Accordingly, the accumulated deformation along the length of the workpiece during continuous pressing will be heterogeneous. A more uniform deformation in this way can be obtained by reducing the strain rate and increasing the number of revolutions of the moving part of the matrix. However, a reduction in pressing speed significantly reduces productivity. The increase in the rotation speed of the matrix also has its physical limits, primarily associated with deformation heating of the workpiece, leading to recrystallization of the structure and softening of the workpieces, or to destruction of the workpieces (cut) in the plane of rotation due to the high intensity of deformation. In addition, the technical implementation of the method causes great technical difficulties in ensuring precision along the interface plane of the movable part of the matrix and motionless under conditions of high pressures and temperature influences.

Задачей изобретения является улучшение однородности физико-механических свойств обрабатываемого материала при значительном упрощении технологии обработки.The objective of the invention is to improve the uniformity of the physico-mechanical properties of the processed material with a significant simplification of processing technology.

Поставленная задача решается способом комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок, включающим винтовое прессование и равноканальное угловое прессование, в котором в отличие от прототипа деформацию заготовок осуществляют в следующей последовательности: деформация кручением в винтовом канале, затем равноканальное угловое прессование.The problem is solved by the method of combined intensive plastic deformation of workpieces, including screw pressing and equal channel angular pressing, in which, unlike the prototype, the deformation of the workpieces is carried out in the following sequence: torsion deformation in a helical channel, then equal channel angular pressing.

Интенсивная деформация приводит к возникновению высоких внутренних напряжений, которые снижают технологическую пластичность при прессовании. С целью снятия внутренних напряжений в материале заготовки, возникающих в условиях многоцикловой обработки, и повышения технологической пластичности осуществляют межцикловые низкотемпературные отжиги.Intensive deformation leads to the appearance of high internal stresses, which reduce the technological plasticity during pressing. In order to relieve internal stresses in the workpiece material arising under conditions of multi-cycle processing and to increase technological plasticity, inter-cycle low-temperature annealing is carried out.

При прессовании заготовки через винтовой канал матрицы она испытывает интенсивную сдвиговую деформацию преимущественно в поперечном сечении, на которую накладывается при последующем РКУ-прессовании однородная интенсивная объемная сдвиговая деформация. Обработка материала заготовки в указанной последовательности приводит к следующему эффекту. В процессе полного цикла прессования в материале заготовок происходит измельчение структуры, при этом предложенная последовательность приводит к более изотропному структурному состоянию. Это объясняется тем, что на менее однородную по своей природе деформацию кручением накладывается более однородная и интенсивная деформация сдвигом при РКУ-прессовании, которая сглаживает возникшую неоднородность после кручения, как в структурном плане, так и в получении более однородных свойств. Обратная последовательность приводит к наложению более неоднородного состояния на однородное, которое и фиксируется в заготовке после прессования. В то время как все известные способы обработки давлением показывают, что значения указанных характеристик материала в различных направлениях заготовки существенно различаются.When pressing a workpiece through a helical channel of the matrix, it experiences intense shear deformation mainly in the cross section, on which a uniform intensive volumetric shear deformation is applied during subsequent ECG pressing. Processing the workpiece material in the indicated sequence leads to the following effect. During the full cycle of pressing in the material of the workpieces, the structure is crushed, while the proposed sequence leads to a more isotropic structural state. This is explained by the fact that a more uniform and intense shear deformation is superimposed on torsion less uniform in nature by ECA pressing, which smoothes out the inhomogeneity after torsion, both structurally and in obtaining more uniform properties. The reverse sequence leads to the imposition of a more heterogeneous state on a homogeneous state, which is fixed in the workpiece after pressing. While all known methods of pressure treatment show that the values of these characteristics of the material in different directions of the workpiece vary significantly.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для пояснения сущности изобретения на чертеже схематично изображена матрица с двумя пересекающимися под углом Ф каналами. Вертикальный канал 1 выполнен винтовым с постоянным вдоль оси сечением В и с изменяющимся по высоте канала углом наклона винтовой линии к оси прессования, имея нулевое значение на начальном и конечном участках.To explain the essence of the invention, a matrix diagram with two channels intersecting at an angle Ф is schematically shown in the drawing. The vertical channel 1 is made helical with a constant section B along the axis and with an angle of inclination of the helical line to the pressing axis varying along the height of the channel, having a zero value in the initial and final sections.

Призматическую титановую заготовку из сплава ВТ1-0 в хорошо отожженном крупнозернистом состоянии с размером зерен 15-20 мкм помещают в заходную часть матрицы с винтовым каналом, через который заготовку продавливают с последующим пропусканием ее через горизонтальный канал 2. Ввиду того, что сечение винтового канала, перпендикулярное оси прессования, постоянно, то форма заготовки и ее поперечное сечение не меняются. Это позволяет осуществлять ее многократное прессование с целью накопления интенсивных деформаций и упрочнения заготовки, а также равномерной проработки структуры.A prismatic titanium billet from VT1-0 alloy in a well-annealed coarse-grained state with a grain size of 15-20 μm is placed in the inlet part of the matrix with a screw channel through which the billet is pressed through and then passed through a horizontal channel 2. Since the screw channel perpendicular to the axis of pressing, constantly, then the shape of the workpiece and its cross section do not change. This allows its multiple pressing to accumulate intense deformations and harden the workpiece, as well as uniform study of the structure.

После окончания этапа пластической деформации заготовку охлаждают до комнатной температуры. Затем ее подвергают правке и обработке для снятия дефектного слоя.After the stage of plastic deformation, the workpiece is cooled to room temperature. Then it is subjected to editing and processing to remove the defective layer.

Для снятия внутреннего напряжения заготовку дополнительно можно подвергнуть низкотемпературному отжигу. Это бывает необходимо в случае многократных проходов по описанному выше способу.To relieve internal stress, the workpiece can additionally be subjected to low-temperature annealing. This is necessary in the case of multiple passes according to the method described above.

ПримерExample

Брали исходную горячекованную заготовку из технически чистого титана марки ВТ1-0 в виде прутка сечением 25×25 мм и длиной 100 мм. Пруток подвергали обработке по описанному способу в 3 прохода, в результате чего была достигнута степень деформации е=8.We took the initial hot-pressed billet from technically pure titanium of the VT1-0 grade in the form of a bar with a cross section of 25 × 25 mm and a length of 100 mm. The bar was subjected to processing according to the described method in 3 passes, as a result of which the degree of deformation e = 8 was achieved.

После правки и обработки для снятия дефектного слоя осуществили контроль параметров и механических свойств.After editing and processing to remove the defective layer, the parameters and mechanical properties were monitored.

Усредненные результаты механических испытаний по 3 образцам сведены в таблице. Для сравнения приведены данные после обработки винтовым прессованием.The average results of mechanical tests for 3 samples are summarized in the table. For comparison, data are shown after processing by screw pressing.

Как показывают полученные результаты, предложенный способ обработки металлов позволяет значительно повысить прочность и пластичность материала заготовки, достигая при этом равномерности структуры и изотропии свойств. Кроме того, способ позволяет значительно упростить технологию обработки.As the results show, the proposed metal processing method can significantly increase the strength and ductility of the workpiece material, while achieving uniform structure and isotropy of properties. In addition, the method can significantly simplify the processing technology.

Claims

1. A method of combined intensive plastic deformation of workpieces, including screw pressing and equal channel angular pressing, characterized in that the deformation of the workpieces is carried out in the following sequence: torsion deformation in a helical channel, then equal channel angular pressing.

2. The method according to claim 1, characterized in that the preform is further subjected to low-temperature annealing to relieve internal stresses.