RU2383632C2 - Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method - Google Patents
Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383632C2 RU2383632C2 RU2008110431/02A RU2008110431A RU2383632C2 RU 2383632 C2 RU2383632 C2 RU 2383632C2 RU 2008110431/02 A RU2008110431/02 A RU 2008110431/02A RU 2008110431 A RU2008110431 A RU 2008110431A RU 2383632 C2 RU2383632 C2 RU 2383632C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- workpiece
- deformation
- lower horizontal
- cross
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам деформационно-термической обработки металлов и может применяться для получения заготовок с нанокристаллической (НК) структурой с высоким уровнем физико-механических свойств материалов. Оно может быть использовано в машиностроении, в авиастроении, в медицинском материаловедении и в других областях.The invention relates to methods of deformation-heat treatment of metals and can be used to obtain blanks with a nanocrystalline (NC) structure with a high level of physical and mechanical properties of materials. It can be used in mechanical engineering, in the aircraft industry, in medical materials science and in other fields.
Известен способ изготовления прямоугольных поковок путем свободного осаживания слитков с последующими обжатиями для получения плоских граней (И.П.Тарновский, В.Н.Трубин, М.Г.Златкин. Свободная ковка в прессах. М.: Машиностроение, 1967, с.222-242).There is a method of manufacturing rectangular forgings by free upsetting of ingots with subsequent compression to obtain flat faces (I.P. Tarnovsky, V.N. Trubin, M.G. Zlatkin. Free forging in presses. M.: Engineering, 1967, p. 222 -242).
Известен способ механической обработки титановых заготовок многократной прокаткой или экструдированием (Цвиккер У. Титан и его сплавы. Перевод с немецкого М.: Металлургия, 1979, с.512), существенно улучшающий механические свойства за счет создания в материале субструктуры.A known method of machining titanium billets by repeated rolling or extrusion (Zwicker U. Titanium and its alloys. Translated from German M .: Metallurgy, 1979, p. 512), significantly improves mechanical properties by creating a substructure in the material.
Известен способ получения титановых заготовок в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах (RU 2175685, C22F 1/18, B21J 5/00, опубл. 10.11.2001). Сущность способа состоит в следующем: проводят пластическую деформацию заготовки в пересекающихся вертикальном и горизонтальном каналах при понижении температуры в интервале 500-250°C с накопленной логарифмической степенью деформации е≥4, после чего осуществляют термомеханическую обработку чередованием холодной деформации со степенью 30-90% с промежуточным и окончательным отжигом в интервале температур 250-500°С в течение 0,5-2 ч.A known method of producing titanium billets in intersecting vertical and horizontal channels (RU 2175685,
Известен способ и устройство (патент US 5400633, В21С 23/00, 23/21, 28.03.1995), в котором интенсивная пластическая деформация (ИПД) проходит в равных по площадям поперечного сечения каналах, пересекающихся под прямым углом.A known method and device (patent US 5400633, B21C 23/00, 23/21, 03/28/1995), in which intense plastic deformation (IPD) takes place in equal channels across the cross-section, intersecting at right angles.
К общему недостатку способов и устройств, касающихся равно-канального углового прессования, связанного с механической схемой деформирования, относят трудности переустановки заготовки в вертикальный канал для последующих циклов деформирования из-за одинаковых по площади поперечных размеров каналов и заготовок (например, сложно нанести смазку и т.п.). Известные способы обработки материалов деформацией, описанные выше, дорогостоящие и могут иметь большой процент отходов при прессовании. К существенному недостатку способов и устройств равноканального углового прессования относится и высокая неравномерность распределения деформации в концевых частях заготовок, что не обеспечивает структурного однородного состояния во всем объеме. Кроме этого требуется применение мощного прессового оборудования.A common drawback of methods and devices related to equal-channel angular pressing associated with a mechanical deformation scheme is the difficulty of reinstalling the workpiece into a vertical channel for subsequent deformation cycles due to the transverse dimensions of channels and workpieces of the same size (for example, it is difficult to apply grease and t .P.). Known methods of processing materials by deformation described above are expensive and can have a large percentage of waste during pressing. A significant drawback of the methods and devices of equal-channel angular pressing is the high non-uniformity of the distribution of deformation in the ends of the blanks, which does not provide a structural homogeneous state in the entire volume. In addition, the use of powerful press equipment is required.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ деформационной обработки материалов и устройство для его осуществления (патент RU 2315117, С21D 7/10 и др., опубл. 20.01.2008). В этом способе производят последовательное по циклам деформирование исходной заготовки сжатием ее по высоте с получением заготовки с боковыми гранями. При этом обеспечивают пластическое течение материала заготовки равномерно в двух противоположных направлениях по оси, перпендикулярной направлению прилагаемого деформационного усилия. Каждый цикл деформирования включает размещение заготовки в полости устройства, ее деформирование, извлечение заготовки из полости и переустановку для следующего цикла. Деформирование осуществляют в устройстве, которое содержит рабочую часть с полостью, верхний и нижний пуансоны. Полость рабочей части выполнена из двух частей с прямоугольным сечением: верхней и нижней. Нижняя часть расширена вдоль одной из ее горизонтальных осей.Closest to the proposed method is a method of deformation processing of materials and a device for its implementation (patent RU 2315117,
Основным недостатком известного способа и устройства является то, что таким путем деформирования не удается добиться получения заготовки с однородной субструктурой по всему объему материала, так как происходит динамическая полигонизация и рекристаллизация, хотя сравнение структуры в поперечном и продольном сечениях демонстрирует отсутствие заметной анизотропии формы зерен.The main disadvantage of the known method and device is that in this way of deformation it is not possible to obtain a workpiece with a homogeneous substructure over the entire volume of the material, since dynamic polygonization and recrystallization occur, although a comparison of the structure in the transverse and longitudinal sections demonstrates the absence of a noticeable anisotropy in the shape of the grains.
Известный способ и устройство позволяют за счет ИПД получать субмикрокристалическую структуру, однако достигнутого уровня механических свойств материала недостаточно для изготовления ответственных конструкций, в том числе медицинских имплантатов.The known method and device allows to obtain a submicrocrystalline structure due to IPD, but the achieved level of mechanical properties of the material is not enough for the manufacture of critical structures, including medical implants.
Задачей изобретения является разработка способа и устройства, обеспечивающих более технологичное и менее затратное получение однородного объемного наноструктурного материала с улучшенным уровнем механических свойств.The objective of the invention is to develop a method and device that provides a more technologically advanced and less expensive to obtain a homogeneous bulk nanostructured material with an improved level of mechanical properties.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения заготовок шестигранной формы с нанокристалической структурой включает последовательную по циклам деформационную обработку исходной заготовки с ее деформированием, которое осуществляют с обеспечением интенсивной пластической деформации заготовки, и далее многоходовую механическую обработку заготовки на прокатном стане в валках с ручьями шестигранной формы, причем каждый цикл деформационной обработки включает размещение заготовки в полости устройства для деформационной обработки, имеющей пересекающиеся верхнюю вертикальную и нижнюю горизонтальную части, ее деформирование, извлечение из указанной полости и переустановку для осуществления следующего цикла путем поворота на 90°, а деформирование осуществляют путем сжатия заготовки по высоте в указанных пересекающихся верхней вертикальной и нижней горизонтальной частях полости с обеспечением пластического течения материала заготовки в двух противоположных направлениях по оси, перпендикулярной направлению прилагаемого деформационного усилия, и с ограничением деформации заготовки стенками нижней горизонтальной части полости, которая имеет закругленные сверху боковые торцы и два расположенных сверху подпора клиновидной формы, выполненных с обеспечением площади входных поперечных сечений нижней горизонтальной части полости, которая на 3-20% меньше площади поперечного сечения верхней вертикальной части полости.The specified technical result is achieved by the fact that the method of producing hexagonal workpieces with a nanocrystalline structure includes sequential deformational processing of the initial workpiece with its deformation, which is carried out to ensure intensive plastic deformation of the workpiece, and then multi-pass machining of the workpiece on a rolling mill in rolls with hexagonal streams form, and each cycle of deformation processing includes placing the workpiece in the cavity of the device for deformation machining processing having intersecting upper vertical and lower horizontal parts, its deformation, extraction from the specified cavity and reinstalling for the next cycle by turning through 90 °, and the deformation is carried out by compressing the workpiece in height in the specified intersecting upper vertical and lower horizontal parts of the cavity with providing plastic flow of the workpiece material in two opposite directions along an axis perpendicular to the direction of the applied deformation strain ii, and with a restriction on the deformation of the workpiece by the walls of the lower horizontal part of the cavity, which has lateral ends rounded at the top and two wedge-shaped supports located on top, designed to provide an input cross-sectional area of the lower horizontal part of the cavity, which is 3-20% less than the cross-sectional area of the upper vertical part of the cavity.
Кроме того, используют деформационное устройство с нижней горизонтальной частью полости, которая состоит из двух частей, первая из которых ограничена сверху верхними подпорами клиновидной формы с углом при вершине клина, составляющим 70-75°, а вторая - имеет прямоугольную форму и выполнена с площадью поперечного сечения, которая на 0,5-0,8% меньше площади поперечного сечения верхней вертикальной части полости.In addition, they use a deformation device with a lower horizontal part of the cavity, which consists of two parts, the first of which is bounded above by the upper supports of a wedge-shaped shape with an angle at the apex of the wedge of 70-75 °, and the second has a rectangular shape and is made with a transverse area section, which is 0.5-0.8% less than the cross-sectional area of the upper vertical part of the cavity.
Кроме того, многоходовую механическую обработку заготовки на прокатном стане осуществляют при комнатной температуре.In addition, multi-pass machining of the workpiece in a rolling mill is carried out at room temperature.
Кроме того, осуществляют ступенчатую многоходовую механическую обработку заготовки на прокатном стане в валках с ручьями, выполненными с уменьшением площади поперечного сечения и с гранями, которые отличаются по размеру на 8-10%.In addition, they carry out stepwise multi-pass machining of the workpiece on a rolling mill in rolls with streams made with a decrease in cross-sectional area and with faces that differ in size by 8-10%.
Кроме того, ступенчатую многоходовую механическую обработку заготовки на прокатном стане осуществляют с поворотом заготовки вокруг продольной оси на угол 90° и с разворотом ее на 180° для каждой следующей ступени.In addition, stepwise multi-pass machining of the workpiece on a rolling mill is carried out with the workpiece turning around the longitudinal axis by an angle of 90 ° and turning it through 180 ° for each subsequent stage.
Кроме того, ступенчатую многоходовую механическую обработку заготовки на прокатном стане осуществляют со степенью обжатия за одну ступень, исключающей появление на заготовке магистральных трещин.In addition, stepwise multi-pass machining of the workpiece on a rolling mill is carried out with a compression ratio of one step, eliminating the appearance of main cracks on the workpiece.
Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для деформационной обработки при получении заготовок шестигранной формы с нанокристалической структурой содержит рабочую часть с полостью в виде пересекающихся верхней вертикальной и нижней горизонтальной частей, а также верхний и нижний пуансоны, причем нижняя горизонтальная часть полости имеет закругленные сверху боковые торцы и два расположенных сверху подпора клиновидной формы, выполненных с обеспечением площади входных поперечных сечений нижней горизонтальной части полости, которая на 3-20% меньше площади поперечного сечения верхней вертикальной части полости.The specified technical result is also achieved by the fact that the device for deformation processing upon receipt of hexagonal blanks with a nanocrystalline structure contains a working part with a cavity in the form of intersecting upper and lower horizontal parts, as well as upper and lower punches, the lower horizontal part of the cavity being rounded from above lateral ends and two wedge-shaped supports located on top made to ensure the area of the input cross sections of the lower horizontal n part of the cavity, which is 3-20% less than the cross-sectional area of the upper vertical part of the cavity.
Кроме того, нижняя горизонтальная часть полости выполнена из двух частей, первая из которых ограничена сверху подпорами клиновидной формы с углом при вершине клина, составляющим 70-75°, а вторая - имеет прямоугольную форму и выполнена с площадью поперечного сечения, которая на 0,5-0,8% меньше площади поперечного сечения верхней вертикальной части полости.In addition, the lower horizontal part of the cavity is made of two parts, the first of which is bounded above by wedge-shaped supports with an angle at the wedge tip of 70-75 °, and the second has a rectangular shape and is made with a cross-sectional area of 0.5 -0.8% less than the cross-sectional area of the upper vertical part of the cavity.
Кроме того, верхний и нижний пуансоны выполнены различными по высоте.In addition, the upper and lower punches are made different in height.
Кроме того, устройство выполнено разборным.In addition, the device is made collapsible.
Кроме того, боковые торцы нижней горизонтальной части полости выполнены сверху закругленными радиусом, составляющим 0,2-0,3 диаметра вписанной в указанную часть полости окружности.In addition, the lateral ends of the lower horizontal part of the cavity are made from above with a rounded radius of 0.2-0.3 diameters of a circle inscribed in the indicated part of the cavity.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Предлагаемые способ и устройство позволяют осуществить интенсивную пластическую деформацию заготовок, имеющих первоначально различную геометрическую форму. Размещение заготовки осуществляют таким образом, что при деформировании заготовка находится в замкнутом пространстве, и подпор ее боковых граней в верхней полости устройства осуществляется его четырьмя гранями. Деформационная обработка включает последовательное циклическое деформирование заготовки сжатием ее по высоте в замкнутом пространстве предлагаемого устройства таким образом, что пластическое течение материала происходит в двух противоположных направлениях к направлению деформирующего усилия. Предлагаемое устройство имеет в нижней горизонтальной полости двухсторонний подпор клиновидной формы с углами 70-75° в вершине клина. Это позволяет производить за один цикл более интенсивную (на 5-7%) величину деформации по сравнению с прототипом, а также уменьшить величину растягивающих напряжений, часто приводящих к образованию боковых трещин при осаживании заготовки.The proposed method and device allows for intensive plastic deformation of workpieces having initially various geometric shapes. The placement of the workpiece is carried out in such a way that during deformation the workpiece is in a confined space, and its lateral faces in the upper cavity of the device are supported by its four faces. Deformation processing includes sequential cyclic deformation of the workpiece by compressing it in height in a closed space of the device in such a way that the plastic flow of the material occurs in two opposite directions to the direction of the deforming force. The proposed device has in the lower horizontal cavity a bilateral wedge-shaped support with angles of 70-75 ° at the top of the wedge. This allows you to produce in one cycle a more intense (5-7%) strain value compared with the prototype, as well as reduce the magnitude of tensile stresses, often leading to the formation of side cracks during upsetting of the workpiece.
Кроме того, боковые торцы горизонтальной полости сверху выполнены закругленными с радиусом 0,2-0,3 от диаметра вписанной в полость окружности, а площадь поперечного сечения горизонтальной полости на 0,5-0,8% меньше, чем площадь поперечного сечения вертикальной полости, что обеспечивает большую технологичность при переустановке заготовки при деформировании, так как заготовка после деформирования приобретает форму нижней горизонтальной полости с закругленными торцами. При переустановке заготовки для следующего цикла деформирования осуществляют поворот заготовки вокруг продольной оси на 90° для более равномерной проработки структуры.In addition, the lateral ends of the horizontal cavity from above are rounded with a radius of 0.2-0.3 of the diameter of the circle inscribed in the cavity, and the cross-sectional area of the horizontal cavity is 0.5-0.8% less than the cross-sectional area of the vertical cavity, which provides greater manufacturability when reinstalling the workpiece during deformation, since the workpiece after deformation takes the form of a lower horizontal cavity with rounded ends. When reinstalling the workpiece for the next deformation cycle, the workpiece is rotated around the longitudinal axis by 90 ° for a more uniform study of the structure.
После первого цикла деформирования заготовка приобретает прямоугольную форму с закругленными торцами и практически готова для следующего цикла деформации. Степень деформации в каждом отдельном цикле можно варьировать за счет изменения высоты нижнего пуансона. Удаление деформируемой заготовки из устройства производят с помощью выталкивателя. Далее заготовку охлаждают до комнатной температуры.After the first deformation cycle, the workpiece acquires a rectangular shape with rounded ends and is almost ready for the next deformation cycle. The degree of deformation in each individual cycle can be varied by changing the height of the lower punch. Removing the deformable workpiece from the device is carried out using a pusher. Next, the workpiece is cooled to room temperature.
Проведенные промежуточные контрольные испытания полученного материала на микроструктуру и микротвердость показали, что данный способ позволяет получать за счет ИПД ультрамелкозернистую структуру обрабатываемого материала со средним размером зерна не более 0,2-0,3 мкм, что повышает прочностные характеристики материала.The conducted intermediate control tests of the obtained material for microstructure and microhardness showed that this method allows to obtain ultrafine-grained structure of the processed material with an average grain size of not more than 0.2-0.3 microns due to SPD, which increases the strength characteristics of the material.
Для получения объемного наноструктурного материала необходимо дополнительно провести механическую обработку заготовки деформированием на прокатном стане (прокатку) на валках с ручьями шестигранной формы. Прокатку проводят на валках с ручьями шестигранной формы, площади поперечных сечений которых ступенчато уменьшаются, размеры граней которых отличаются друг от друга на 8-10%. Это позволяет постепенно при малой степени обжатия при деформировании добиться существенного упрочнения материала. Прокатка проводится при комнатной температуре. Степень обжатия за один проход выбирается таким образом, чтобы в процессе прокатки не возникли магистральные трещины, и не происходило разрушение материала. Практика показывает, что ступенчатую прокатку за один проход необходимо проводить с малым шагом по степени обжатия (0,1-0,5 мм). Количество проходов регламентируется требуемой величиной конечной степени деформации, которая может достигать 90%. В результате получают готовые прутки шестигранной формы.To obtain a bulk nanostructured material, it is necessary to additionally perform mechanical processing of the workpiece by deformation on a rolling mill (rolling) on rolls with hexagonal streams. Rolling is carried out on rolls with hexagonal streams, the cross-sectional areas of which are reduced stepwise, the sizes of the faces of which differ from each other by 8-10%. This allows you to gradually with a small degree of compression during deformation to achieve significant hardening of the material. Rolling is carried out at room temperature. The degree of compression in one pass is selected so that during the rolling process there are no main cracks, and there is no destruction of the material. Practice shows that step rolling in one pass must be carried out with a small step in terms of compression ratio (0.1-0.5 mm). The number of passes is regulated by the required value of the final degree of deformation, which can reach 90%. The result is a finished hexagonal bar.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 представлен общий вид устройства и заготовки.Figure 1 presents a General view of the device and the workpiece.
На фиг.2 представлен общий вид устройства и заготовки после деформации.Figure 2 presents a General view of the device and the workpiece after deformation.
На фиг.3 показано извлечение заготовки из устройства.Figure 3 shows the removal of the workpiece from the device.
На фиг.4 показаны цилиндрические валки с ручьями шестигранной формы со ступенчато уменьшающимися по площади поперечного сечения размерами.Figure 4 shows cylindrical rolls with hexagonal streams with dimensions stepwise decreasing in cross-sectional area.
Представленное на фиг.1 устройство состоит: из верхней и нижней частей полости (1) устройства, верхнего (2) и нижнего (3) пуансонов, между которыми помещена заготовка (4), основания устройства (5), верхней (6) и нижней (7) плит пресса. Цифрой (8) обозначены два клиновидной формы подпора (входа). Цифрой (9) обозначены расположенные в горизонтальной полости закругленные сверху торцы. Использование двух клиновидной формы подпоров в горизонтальную полость позволяет дополнительно увеличить величину деформации на 5-7%. Выбор величины площадей входных поперечных сечений двух клиновидной формы подпоров 3-20% обусловлен пластичностью используемых материалов. Для сплавов с высокой пластичностью, для обеспечения эффективного подпора целесообразно соотношение площадей поперечных сечений вертикальной и горизонтальной полостей выбирать по нижней границе интервала 3-20%. Результаты экспериментов показывают, что для титана марок ВТ1-0 и ВТ1-00 оптимальным являются величины площадей входных поперечных сечений двух клиновидной формы подпоров 5-6%.The device shown in Fig. 1 consists of: the upper and lower parts of the cavity (1) of the device, the upper (2) and lower (3) punches, between which the workpiece (4), the base of the device (5), the upper (6) and the lower are placed (7) press plates. The number (8) indicates two wedge-shaped forms of backwater (input). The number (9) indicates the ends rounded at the top located in the horizontal cavity. The use of two wedge-shaped forms of supports in the horizontal cavity allows you to further increase the amount of deformation by 5-7%. The choice of the size of the input cross-sectional areas of two wedge-shaped supports 3-20% due to the ductility of the materials used. For alloys with high ductility, to ensure effective backwater, it is advisable to select the ratio of the cross-sectional areas of the vertical and horizontal cavities at the lower boundary of the interval 3-20%. The experimental results show that for titanium grades VT1-0 and VT1-00 the optimal values are the areas of input cross-sections of two wedge-shaped supports of 5-6%.
На фиг.2 представлен вид заготовки в устройстве после деформации. При прохождении материала заготовки через два клиновидной формы подпора в горизонтальную полость происходит более интенсивная деформация сдвига в области пересечения каналов, что существенно ускоряет процесс измельчения структуры заготовки по всему объему. Это позволяет сократить число циклов прессования и, следовательно, уменьшить временные и материальные затраты.Figure 2 presents a view of the workpiece in the device after deformation. When the workpiece material passes through two wedge-shaped forms of support into the horizontal cavity, a more intense shear deformation occurs in the channel intersection region, which significantly accelerates the process of grinding the workpiece structure throughout the volume. This allows you to reduce the number of pressing cycles and, therefore, reduce time and material costs.
На фиг.3 представлено устройство при извлечении заготовки после деформации. Устройство устанавливается на кольцо-приемник (8), в которое выталкивателем (9) извлекается заготовка (4) и пуансоны (2) и (3).Figure 3 presents the device when removing the workpiece after deformation. The device is mounted on the receiver ring (8), into which the workpiece (4) and punches (2) and (3) are extracted with the ejector (9).
На фиг.4. показаны валки для прокатки с ручьями шестигранной формы, где:In figure 4. Shows rolls for rolling with hexagonal streams, where:
1, 2 - валки для прокатки,1, 2 - rolls for rolling,
3 - шестигранные ручьи разных размеров,3 - hexagonal streams of different sizes,
4 - получаемая после прокатки заготовка.4 - obtained after rolling the workpiece.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Устройство для деформирования помещается на основании и нагревается в муфельной печи до заданной температуры, затем в устройство помещается заготовка. Для равномерного прогрева заготовка при каждом цикле нагревается с одной и той же скоростью. Затем заготовка подвергается интенсивной ИПД в полости устройства.A device for deformation is placed on the base and heated in a muffle furnace to a predetermined temperature, then a workpiece is placed in the device. For uniform heating, the workpiece is heated at the same speed with each cycle. Then the workpiece is subjected to intensive SPD in the cavity of the device.
Далее заготовка извлекается из полости устройства и переустанавливается путем поворота вокруг продольной оси на 90°. Последовательность операций осуществляется 3-5 раз при каждой температуре и при последовательном понижении температуры.Next, the workpiece is removed from the cavity of the device and reinstalled by rotation around the longitudinal axis by 90 °. The sequence of operations is carried out 3-5 times at each temperature and with a sequential decrease in temperature.
Использование дополнительно подпоров при прессовании позволяет уменьшить число циклов деформирования на 15-20 процентов, что позволяет уменьшить временные и материальные затраты. При деформировании необходимо тщательно смазывать рабочие полости для предотвращения появления задиров на поверхности заготовок. Наличие двух клиновидной формы подпоров с углами 70-75° в вершине клина в горизонтальном канале существенно помогает и решению проблемы смазки, так как позволяет разместить больше смазки в горизонтальном канале. Выбор углов 70-75° в вершине клина обусловлен обеспечением более пластичного течения материала заготовки при продавливании через два входа в горизонтальные полости устройства. Наличие закруглений по боковым торцам горизонтальной полости позволяет получить заготовки после деформирования с закругленными торцами, а меньшая на 0,5-0,8% площадь поперечного сечения горизонтальной полости, чем площадь поперечного сечения вертикальной полости делает заготовки сразу же пригодными для следующего цикла деформирования, а это обеспечивает процесс более быстрым и технологичным.The use of additional supports during pressing allows to reduce the number of deformation cycles by 15-20 percent, which allows to reduce time and material costs. During deformation, it is necessary to carefully lubricate the working cavities to prevent the appearance of scoring on the surface of the workpieces. The presence of two wedge-shaped supports with angles of 70-75 ° at the top of the wedge in the horizontal channel also helps to solve the problem of lubrication, as it allows you to place more lubricant in the horizontal channel. The choice of angles of 70-75 ° at the top of the wedge is due to the provision of a more plastic flow of the workpiece material when forcing through two entrances into the horizontal cavities of the device. The presence of rounding at the lateral ends of the horizontal cavity allows to obtain preforms after deformation with rounded ends, and a 0.5-0.8% smaller cross-sectional area of the horizontal cavity than the cross-sectional area of the vertical cavity makes the preforms immediately suitable for the next deformation cycle, and this makes the process faster and more technologically advanced.
Далее деформирование проводится с помощью холодной многоступенчатой прокатки на валках с ручьями шестигранной формы разного размера, что позволяет получить объемный наноструктурный материал. Размеры шестигранных ручьев рассчитаны так, чтобы обеспечивался плавный переход по величине деформации заготовки при последовательном переходе от больших по площади поперечного сечения размеров ручьев к меньшим по площади поперечных сечений размерам ручьев. Только холодная прокатка с небольшим шагом по степени обжатия позволяет получать более однородную наноструктуру материала. Прокатку необходимо проводить с регулярным поворотом заготовки вокруг продольной оси на 90 градусов и разворотом на 180 градусов для более качественного равномерного измельчения структуры материала. На этом этапе размеры зерна для титана марок ВТ1-0 и ВТ1-00 дополнительно измельчаются примерно до 0,1 мкм и менее. Для предотвращения преждевременного разрушения материала при прокатке степень обжатия за один проход экспериментально подбирается таким образом, чтобы не допустить формирования магистральных трещин в заготовке. Количество проходов определяется требуемой степенью деформации. Фактически прокатку проводят при очень малых степенях обжатия, начиная с первого цикла прокатки. Только в таком случае, как показывает практика, при прокатке можно не проводить промежуточных термообработок, хотя они и способствуют снижению остаточных напряжений. Использование валков с шестигранными ручьями с плавно уменьшающимися размерами позволяет проводить более интенсивную деформацию заготовки за один проход, так как обжатие образца происходит одновременно с шести сторон. За счет этого также удается сократить количество циклов прокатки и, следовательно, уменьшить энергоемкость процесса.Further, the deformation is carried out using cold multi-stage rolling on rolls with hexagonal streams of different sizes, which allows to obtain bulk nanostructured material. The dimensions of the hexagonal streams are designed so as to ensure a smooth transition in the amount of deformation of the workpiece during a sequential transition from large sizes of cross-sectional dimensions of streams to smaller cross-sectional sizes of streams. Only cold rolling with a small step in the degree of compression allows one to obtain a more uniform nanostructure of the material. Rolling must be carried out with a regular rotation of the workpiece around the longitudinal axis by 90 degrees and a turn of 180 degrees for better uniform grinding of the material structure. At this stage, the grain sizes for titanium grades VT1-0 and VT1-00 are further crushed to about 0.1 microns or less. To prevent premature destruction of the material during rolling, the degree of compression in one pass is experimentally selected in such a way as to prevent the formation of main cracks in the workpiece. The number of passes is determined by the required degree of deformation. In fact, rolling is carried out at very low compression ratios, starting from the first rolling cycle. Only in this case, as practice shows, during rolling it is possible not to carry out intermediate heat treatments, although they help to reduce residual stresses. The use of rolls with hexagonal streams with gradually decreasing sizes allows more intensive deformation of the workpiece in one pass, since the compression of the sample occurs simultaneously from six sides. Due to this, it is also possible to reduce the number of rolling cycles and, therefore, reduce the energy intensity of the process.
Пример конкретного выполненияConcrete example
Заготовку из технически чистого титана марки ВТ1-0 в виде прутка диаметром 19 мм и длиной 45 мм с равномерной мелкозернистой структурой со средним размерам зерна около 10 мкм подвергали по описанному выше способу ИПД с использованием предлагаемого устройства. ИПД проводили при последовательном понижении температуры в интервале 450-300°. Выдержка заготовки при заданной температуре составляла 6-8 мин. Нагретое устройство вместе с заготовкой помещалось между верхней и нижней плитами пресса и заготовка подвергалась деформированию со скоростью 10-2-10-3 с-1. По окончании процесса деформирования устройство устанавливалось на кольцо-приемник, в которое посредством выталкивателя извлекались заготовка и пуансоны. Для следующего цикла заготовка переустанавливалась в полости устройства путем поворота вокруг продольной оси на 90° для более равномерной проработки структуры и снова нагревалась в печи.A blank of technically pure VT1-0 grade titanium in the form of a bar with a diameter of 19 mm and a length of 45 mm with a uniform fine-grained structure with an average grain size of about 10 μm was subjected to the IPD method described above using the proposed device. IPD was carried out with a sequential decrease in temperature in the range of 450-300 °. The exposure of the workpiece at a given temperature was 6-8 minutes The heated device along with the workpiece was placed between the upper and lower plates of the press and the workpiece was deformed at a speed of 10 -2 -10 -3 s -1 . At the end of the deformation process, the device was mounted on the receiver ring, into which the workpiece and punches were removed using the ejector. For the next cycle, the workpiece was reinstalled in the cavity of the device by rotation around the longitudinal axis by 90 ° for a more uniform study of the structure and was again heated in the furnace.
При каждом цикле температуру снижали на 50 градусов. Заготовку деформировали 3-5 раз при каждой температуре со сменой оси деформации. Накопленная логарифмическая степень деформации достигала е≥7. После окончания ИПД заготовку вынимали из устройства для прессования и охлаждали до комнатной температуры.With each cycle, the temperature was reduced by 50 degrees. The workpiece was deformed 3-5 times at each temperature with a change in the axis of deformation. The accumulated logarithmic degree of deformation reached e≥7. After the completion of the SPD, the preform was removed from the pressing device and cooled to room temperature.
Далее проводили ступенчатую многоходовую прокатку на валках с ручьями шестигранной формы разного размера. Прокатку начинали с самого большого по площади поперечного сечения размера ручья. Для предотвращения формирования магистральных трещин прокатку проводили со степенью обжатия 0,1-0,2 мм. Количество проходов соответствовало конечной величине деформации 86%. В результате получили шестигранный пруток с ребром 4 мм и длиной до 500 мм.Next, we performed stepwise multi-way rolling on rolls with hexagonal streams of different sizes. Rolling began with the largest cross-sectional area of the size of the stream. To prevent the formation of main cracks, rolling was performed with a reduction ratio of 0.1-0.2 mm. The number of passes corresponded to a final strain of 86%. The result was a hexagonal bar with a 4 mm rib and a length of up to 500 mm.
Затем провели контроль структуры и механических свойств полученного материала (см. таблицу).Then, the structure and mechanical properties of the obtained material were monitored (see table).
Таким образом, предложенные способ и устройство для получения объемного наноструктурного материала позволяют получить улучшенные механические свойства титана, а также сократить временные и энергетические затраты на производство материала за счет уменьшения количества проходов при прессовании и прокатке с использованием валков с ручьями шестигранной формы.Thus, the proposed method and device for producing bulk nanostructured material allows to obtain improved mechanical properties of titanium, as well as to reduce the time and energy costs of material production by reducing the number of passes during pressing and rolling using rolls with hexagonal streams.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008110431/02A RU2383632C2 (en) | 2008-03-18 | 2008-03-18 | Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008110431/02A RU2383632C2 (en) | 2008-03-18 | 2008-03-18 | Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008110431A RU2008110431A (en) | 2009-09-27 |
| RU2383632C2 true RU2383632C2 (en) | 2010-03-10 |
Family
ID=41168950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008110431/02A RU2383632C2 (en) | 2008-03-18 | 2008-03-18 | Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2383632C2 (en) |
-
2008
- 2008-03-18 RU RU2008110431/02A patent/RU2383632C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008110431A (en) | 2009-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3268639B2 (en) | Strong processing equipment, strong processing method and metal material to be processed | |
| KR102039770B1 (en) | Split-pass open-die forging for hard-to-forge, strain-path sensitive titanium-base and nickel-base alloys | |
| El-Danaf | Mechanical properties and microstructure evolution of 1050 aluminum severely deformed by ECAP to 16 passes | |
| JP2002525210A (en) | Methods and articles for processing billets from metals and alloys | |
| KR100397266B1 (en) | Method and apparatus for fine particle formation | |
| Semenova et al. | Nanostructured titanium alloys: New developments and application prospects | |
| RU2240197C1 (en) | Method for combination type intensified plastic deformation of blanks | |
| Kashi et al. | Microstructure and mechanical properties of the ultrafine-grained copper tube produced by severe plastic deformation | |
| JP2008036698A (en) | Method for manufacturing large forged product made of austenitic stainless steel | |
| RU2383632C2 (en) | Method of production of billets of hexagonal shape with nano-crystal structure and facility for deformation treatment at implementation of this method | |
| Salishchev et al. | Formation of submicrocrystalline structure in large size billets and sheets out of titanium alloys | |
| RU2464116C1 (en) | Method of producing titanium round rods with ultrafine structure | |
| RU2146571C1 (en) | Method for deformation working of materials and apparatus for performing the same | |
| RU2418092C1 (en) | Procedure for fabrication of titanium work-pieces of polyhedral or round shape in nano structured state and device for deformation treatment of titanium work-pieces | |
| Rosochowski et al. | Severe plastic deformation for grain refinement and enhancement of properties | |
| RU2315117C2 (en) | Method of deformation treatment of materials and device for realization of this method | |
| RU2436847C1 (en) | Procedure of deformation for production of blanks in sub-crystal and nano-structured state and device for its implementation | |
| Olejnik et al. | Hydrostatic extrusion of UFG aluminium | |
| Esbolat et al. | Development of Asymmetric Rolling as a Severe Plastic Deformation Method: A Review | |
| RU2388566C2 (en) | Method to produce titanium alloys with sub microcrystalline strain structure allowing intensive plastic strain | |
| RU2251588C2 (en) | Method for making ultrafine-grain titanium blanks | |
| RU2709554C1 (en) | Method of wire hardening by plastic deformation | |
| KR100467942B1 (en) | Method of Fabricating High Strength Ultrafine Grained Aluminum Alloys Plates by Constrained Groove Pressing(CGP) | |
| RU2175685C1 (en) | Method of production of ultra-fine-grained titanium blanks | |
| Naizabekov et al. | New combined technology of deformation “rolling-equal channel angular pressing”, allowing to obtain metals and alloys with sub-ultra-fine-grained structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20100916 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110319 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120420 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170319 |