WO2015156750A1 - Method for producing metal semi-finished products - Google Patents

Method for producing metal semi-finished products Download PDF

Info

Publication number
WO2015156750A1
WO2015156750A1 PCT/UA2014/000044 UA2014000044W WO2015156750A1 WO 2015156750 A1 WO2015156750 A1 WO 2015156750A1 UA 2014000044 W UA2014000044 W UA 2014000044W WO 2015156750 A1 WO2015156750 A1 WO 2015156750A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
workpiece
semi
finished products
channel
metal
Prior art date
Application number
PCT/UA2014/000044
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Якив Юхымовыч БЭЙГЭЛЬЗИМЭР
Оксана Викторивна ПРОКОФЬЕВА
Юрий Валэрийович ГУСАР
Дэныс Вячэславовыч ПРЫЛЭПО
Виктор Мыколайовыч ВАРЮХИН
Original Assignee
Донэцькый Физыко-Тэхничный Инстытут Им. Галкина Национальной Акааэмии Наук Украины
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Донэцькый Физыко-Тэхничный Инстытут Им. Галкина Национальной Акааэмии Наук Украины filed Critical Донэцькый Физыко-Тэхничный Инстытут Им. Галкина Национальной Акааэмии Наук Украины
Publication of WO2015156750A1 publication Critical patent/WO2015156750A1/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/04—Shaping in the rough solely by forging or pressing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to the field of metal forming, and in particular to technologies for the preparation of semi-finished metal products with a submicrocrystalline (SMC) structure by intensive plastic deformation methods, and can be used in the manufacture of critical structural elements operating under uniaxial tension conditions.
  • SMC submicrocrystalline
  • the disadvantages of the known methods include the low productivity of the processing process, due to the need for repeated repetition of the processing cycles of the workpiece to achieve the desired result.
  • the semi-finished products obtained by these methods are characterized by a small value of the relative uniform elongation of 5 R. (Korshunov A.I., Smolyakov A.A., Kravchenko T.N., Polyakov L.V. et al. Quality of mechanical properties of metals and alloys after equal channel angular pressing // FTVD.-2008.-T.1 8, K “4.-C.87-95). Large values of this indicator are necessary for semi-finished products intended for the manufacture of structural elements of critical design, operating in uniaxial tension.
  • the value of ⁇ ⁇ is determined in a standard tensile test according to GOST 1497-84. Metals Tensile test methods (interstate standard, Edition: January 2008, FSUE "STANDARTINFORM”)
  • the content of several alternating shifts in one processing cycle of the workpiece increases the degree of grinding of the metal grains and the uniformity of the structure of the resulting semi-finished product for each cycle. As a result, the productivity of the processing process increases, the total number of workpiece processing cycles required to achieve the desired result is reduced.
  • This technical solution is aimed at obtaining metal semi-finished products with a homogeneous QMS structure throughout the volume of the workpiece and, therefore, does not provide the possibility of forming a controlled gradient structure in it. This is ensured by the constancy of the amplitude of alternating shear deformation within the cross section of the workpiece (Segal V.M., Reznikov V.I., Kopylov V.I., Pavlik D.A., Malyshev V.F. Processes plastic structure formation of metals. Minsk: Navuka and technology. - 1994.-232c).
  • Obtained by this method have a semi small value b p characterizing the degree of the uniaxial deformation, which can accumulate until material buckling by necking in the tensile test.
  • the value of ⁇ ⁇ can be up to 50% lower than in metals with micron-sized grains.
  • high values of ⁇ ⁇ are required.
  • the basis of the invention is the task of improving the method for producing metal semi-finished products by forming a controlled gradient structure in the workpiece that provides high ⁇ ⁇ values at high values of strength and ductility, which will make it possible to produce structural elements of critical purpose working under uniaxial tension from semi-finished products.
  • the problem is solved due to the fact that in the method of producing metal semi-finished products, which includes pushing a metal billet through a deforming channel of constant cross section along its axis, forming alternating shear deformations of a given amplitude in the billet, application of backwater from the output side of the deforming channel, according to the invention, is created in deforming channel variable amplitude of shear deformations along the cross section of the workpiece and hold it in the axial region behind cooking in the range from 0 to 0.2.
  • the resulting semi-finished product will have increased strength and plastic characteristics, but small uniform elongation under uniaxial tension ( ⁇ ⁇ ), which is an important parameter in the manufacture of critical components of the resulting semi-finished products, for example, braces in the wings of aircraft, spokes in wheels bicycles, traction in the control systems of various machines, etc.
  • the semifinished product obtained in this case will be a QMS material with a microcrystalline core.
  • the latter under uniaxial tension will prevent the rapid localization of deformation by the formation of a neck.
  • it will provide the semi-finished product with an increased value of uniform elongation of 5 P , in comparison with a homogeneous SMC material, which will be obtained if the condition of holding in the axial region of the amplitude of alternating deformation in the range from 0 to 0.2 is not met.
  • the amplitude of alternating shear alternating deformation can be controlled by changing the shape of the deforming channel, in particular, by twisting the channel of constant cross section around its axis and changing the pitch of the helix obtained.
  • the proposed method is implemented using the device shown in the drawing of FIG. one.
  • FIG. 2 schematically shows a deformation channel.
  • FIG. Figure 3 shows the gradient structure of Grade 4 titanium (data obtained by EBSD analysis) in the initial state, in the axial zone of the deformed workpiece, and in its outer layers.
  • FIG. 4 shows the experimental data in the form of graphs obtained in tensile tests for the initial, QMS and gradient material obtained by the implementation of this method.
  • a device for implementing the method for producing metal semi-finished products includes a punch 1 (see Fig. 1), a container 2, a heater 3, for preheating and maintaining the temperature devices during the pressing process, the upper billet 4, which is designed to press the main billet through the screw section of the deforming channel, the main billet 5, the deformation channel 6, which is the screw section 7, are bounded above and below by straight sections 8 and 9 (see Fig. 2), the lower false blank 10, which is necessary for transferring the back pressure to the main blank at the initial pressing stage, the receiving container 11, the back pressure punch 12.
  • the method of producing metal semi-finished products is implemented as follows.
  • the counter-pressure punch 12 is inserted through the receiving container 1 1 into the straight section 9 of the deforming channel 6.
  • the false blank 10 is pressed into the screw section 7 of the channel 6.
  • the main 5 and the false blank 4 are sequentially loaded into the container 2.
  • the blank is pressed by the punch 1 through the deforming channel 6.
  • the backpressure punch 12 through the lower false blank 10 creates the necessary level of backpressure, of the order of the limit the fluidity of the material of the main billet 5.
  • the upper false billet 4 occupies a position in the screw portion 7 of the deforming channel 6, and the pressed-through main 5 and fac billet 10 are removed from the receiving container I I and, if necessary, repeat the treatment cycle.
  • H a - structure of the initial undeformed workpiece, which is characterized by large grains of the order of hundreds of microns; b - the structure of the axial region of the semi-finished product, which is characterized by grains of the order of tens of microns; c - the structure of the surface layers of the semi-finished product, which has a pronounced SMC character with an average size of the structural element of the order of tenths of a micron. This indicates a gradient structure formed in the obtained semi-finished product with a microcrystalline core and SMC surface layers.
  • FIG. Figure 4 shows the dependences of the conditional stress (F / S 0 ) on the relative elongation (AL / Lo), the so-called tensile diagrams: 1 - a sample of the initial pedeformed titanium Grade 4; 2 - sample with a homogeneous QMS structure; 3 - a sample obtained from a semi-finished product, previously subjected to direct extrusion with a hood 3 to maintain the gradient structure on the sample of a smaller diameter.
  • the initial rectilinear section of the diagrams corresponds to the elastic deformation of the samples, while the nonlinear sections of each of the curves correspond to plastic deformation.
  • the value of the relative uniform elongation of 5 P is determined as the coordinate of the point of intersection with the abscissa axis of the line coming out of the maximum of the tensile diagram at the angle of its elastic section (see dotted lines in figure 4).
  • ⁇ ⁇ for curve 2 is 2%, while for 3 it is 10%. This confirms the increase in uniform elongation, characteristic of the formed gradient structure of the semi-finished product, in comparison with a homogeneous SMC structure.
  • the increased strength characteristics of the obtained gradient semi-finished product which are characteristic of the QMS material, can be judged by the value of the tensile strength - the maximum conditional stress on the tensile diagrams 1, 2, 3 (see Fig. 4).
  • the tensile strength of which is 725 MPa
  • the tensile strength increases to 955 MPa
  • for semi-finished products obtained by the proposed method to 980 MPa.

Abstract

A method for producing metal semi-finished products relates to the field of metal pressure-processing, and can be used for manufacturing structural elements having critical applications and operating in conditions of uni-axial tension. According to the method, a metal workpiece is pressed through a deformation channel having a constant cross-section along the axis thereof. Alternating-sign shear deformations of a given amplitude are formed in the workpiece. A support is provided on the output side of the deformation channel. A variable amplitude of shear deformations is created in the deformation channel along the cross-section of the workpiece, and is maintained in the near-axial region of the workpiece within a range of 0 to 0.2. The present invention allows for forming a controllable gradient structure in a workpiece, said structure providing for high δρ values with high strength and plasticity indicator values, and will allow for manufacturing, from semi-finished products, structural elements having critical applications and operating in conditions of uni-axial tension.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУФАБРИКАТОВ  METHOD FOR PRODUCING METAL SEMI-FINISHED PRODUCTS
Область техники Technical field
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к технологиям получения металлических полуфабрикатов с субмикрокристаллической (СМК) структурой методами интенсивной пластической деформации, и может быть использовано при изготовлении элементов конструкций ответственного назначения, работающих в условиях одноосного растяжения.  The invention relates to the field of metal forming, and in particular to technologies for the preparation of semi-finished metal products with a submicrocrystalline (SMC) structure by intensive plastic deformation methods, and can be used in the manufacture of critical structural elements operating under uniaxial tension conditions.
Предшествующий уровень  Prior level
Известены способы получения металлических полуфабрикатов (Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства. М.: ИЦК Академкнига, 2007.-397 с), согласно которым металлическую заготовку продавливают пуансоном из приемного канала прессовой оснастки через примыкающий к нему деформирующий канал того же поперечного сечения. Продавливая заготовку, создают в ней сдвиговые деформации в поперечном направлении, приводящие к измельчению (дроблению) зерен кристаллической структуры. Продавливание осуществляют многократно до тех пор, пока во всем сечении прутковой заготовки (не будет достигнута однородная СМК структура (размер структурного элемента менее 1мкм), обеспечивающая металлу большие значения показателей прочности и пластичности.  Known methods for producing metallic semi-finished products (Valiev R.Z., Alexandrov I.V. Volumetric nanostructured metallic materials: production, structure and properties. M.: ITSK Akademkniga, 2007.-397 s), according to which a metal billet is pressed through a punch from the receiving channel press equipment through an adjacent deforming channel of the same cross section. By squeezing the workpiece, shear deformations are created in it in the transverse direction, leading to grinding (crushing) of the grains of the crystalline structure. Punching is carried out repeatedly until the entire cross section of the bar stock (a homogeneous QMS structure is reached (the size of the structural element is less than 1 μm), which provides the metal with high values of strength and ductility.
К недостаткам известных способов можно отнести низкую производительность процесса обработки, обусловленную необходимостью многократного повторения циклов обработки заготовки для достижения нужного результата. Кроме того, полуфабрикаты, полученные указанными способами, характеризуются малым значением относительного равномерного удлинения 5Р. (Коршунов А.И., Смоляков А. А., Кравченко Т.Н., Поляков Л.В. и др. Качество механических свойств металлов и сплавов после равноканального углового прессования // ФТВД.-2008.-Т.1 8, K»4.-C.87-95). Большие значения этого показателя необходимы для полуфабрикатов, предназначенных для изготовления элементов конструкций ответственного назначения, работающих в условиях одноосного растяжения. Величину δρ определяют в стандартном испытании на растяжение согласно ГОСТу 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение (межгосударственный стандарт, Издание: январь 2008, ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ») The disadvantages of the known methods include the low productivity of the processing process, due to the need for repeated repetition of the processing cycles of the workpiece to achieve the desired result. In addition, the semi-finished products obtained by these methods are characterized by a small value of the relative uniform elongation of 5 R. (Korshunov A.I., Smolyakov A.A., Kravchenko T.N., Polyakov L.V. et al. Quality of mechanical properties of metals and alloys after equal channel angular pressing // FTVD.-2008.-T.1 8, K "4.-C.87-95). Large values of this indicator are necessary for semi-finished products intended for the manufacture of structural elements of critical design, operating in uniaxial tension. The value of δ ρ is determined in a standard tensile test according to GOST 1497-84. Metals Tensile test methods (interstate standard, Edition: January 2008, FSUE "STANDARTINFORM")
Наиболее близким к заявляемому по технической сути является способ получения металлических полуфабрикатов, описанный в патенте Российской Федерации Ks 2402618, МП : C21D7/10 (2006.01), C22F1/00 (2006.01 ), В21С23/04 (2006.01), опубл. 27.10.201 0 г. Согласно способу металлическую заготовку продавливают через деформирующий канал постоянного поперечного сечения вдоль его оси, формируют в заготовке знакопеременные сдвиговые деформации заданной амплитуды, прикладывают подпор с выходной стороны деформирующего канала. Продавливание осуществляют многократно до тех пор, пока во всем сечении полуфабриката не будет достигнута однородная СМК структура. Содержание в одном цикле обработки заготовки нескольких знакопеременных сдвигов повышает степень размельчения зерен металла и однородность структуры получаемого полуфабриката за каждый цикл. В результате повышается производительность процесса обработки, сокращается, необходимое для достижения нужного результата, суммарное количество циклов обработки заготовки.  Closest to the claimed in technical essence is the method of producing metal semi-finished products described in the patent of the Russian Federation Ks 2402618, MP: C21D7 / 10 (2006.01), C22F1 / 00 (2006.01), B21C23 / 04 (2006.01), publ. 10.27.2018 0 g. According to the method, a metal billet is pressed through a deforming channel of constant cross section along its axis, alternating shear deformations of a given amplitude are formed in the billet, a back-up is applied from the output side of the deforming channel. Punching is carried out repeatedly until a uniform QMS structure is achieved in the entire cross section of the semi-finished product. The content of several alternating shifts in one processing cycle of the workpiece increases the degree of grinding of the metal grains and the uniformity of the structure of the resulting semi-finished product for each cycle. As a result, the productivity of the processing process increases, the total number of workpiece processing cycles required to achieve the desired result is reduced.
Данное техническое решение направлено на получение металлических полуфабрикатов с однородной СМК структурой по всему объему заготовки и, следовательно, не обеспечивает возможности формирования в ней контролируемой градиентной структуры. Обеспечивается это постоянством амплитуды знакопеременной сдвиговой деформации в пределах поперечного сечения заготовки (Сегал В.М, Резников В.И., Копылов В.И., Павлик Д.А., Малышев В.Ф. Процессы пластического структурообразования металлов. Минск: Навука и тэхника. - 1994.-232с). Полученные данным способом полуфабрикаты имеют малое значение бр, характеризующее степень одноосной деформации, которую может накопить материал до момента потери устойчивости путём образования шейки в растягиваемом образце. Для металлических полуфабрикатов с однородной СМК структурой величина δρ может быть до 50% ниже, чем в металлах с зерном микронных размеров. Однако, для элементов конструкций, работающих в условиях одноосного растяжения, необходи ы высокие значения δρ. This technical solution is aimed at obtaining metal semi-finished products with a homogeneous QMS structure throughout the volume of the workpiece and, therefore, does not provide the possibility of forming a controlled gradient structure in it. This is ensured by the constancy of the amplitude of alternating shear deformation within the cross section of the workpiece (Segal V.M., Reznikov V.I., Kopylov V.I., Pavlik D.A., Malyshev V.F. Processes plastic structure formation of metals. Minsk: Navuka and technology. - 1994.-232c). Obtained by this method have a semi small value b p characterizing the degree of the uniaxial deformation, which can accumulate until material buckling by necking in the tensile test. For metal semi-finished products with a homogeneous SMC structure, the value of δ ρ can be up to 50% lower than in metals with micron-sized grains. However, for structural elements operating under uniaxial tension, high values of δ ρ are required.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения металлических полуфабрикатов путем формирования в заготовке контролируемой градиентной структуры, обеспечивающей высокие значения δρ при больших значениях показателей прочности и пластичности, что позволит изготавливать из полуфабрикатов элементы конструкций ответственного назначения, работающих в условиях одноосного рас тяжения. The basis of the invention is the task of improving the method for producing metal semi-finished products by forming a controlled gradient structure in the workpiece that provides high δ ρ values at high values of strength and ductility, which will make it possible to produce structural elements of critical purpose working under uniaxial tension from semi-finished products.
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения металлических полуфабрикатов, который включает продавливание металлической заготовки через деформирующий канал постоянного поперечного сечения вдоль его оси, формирование в заготовке знакопеременных сдвиговых деформаций заданной амплитуды, приложение подпора с выходной стороны деформирующего канала, согласно изобретению создают в деформирующем канале переменную амплитуду сдвиговых деформаций по поперечному сечению заготовки и удерживают ее в приосевой области заготовки в диапазоне от 0 до 0,2.  The problem is solved due to the fact that in the method of producing metal semi-finished products, which includes pushing a metal billet through a deforming channel of constant cross section along its axis, forming alternating shear deformations of a given amplitude in the billet, application of backwater from the output side of the deforming channel, according to the invention, is created in deforming channel variable amplitude of shear deformations along the cross section of the workpiece and hold it in the axial region behind cooking in the range from 0 to 0.2.
Причинно-следственная связь признаков, которые составляют суть изобретения и технический результат, который достигается, поясняются следующим. Создание в деформирующем канале переменной амплитуды знакопеременных сдвиговых деформаций по поперечному сечению направлено на формирование в её объёме градиентной структуры: СМ во внешних слоях и микрокристаллической в приосевой зоне. В случае постоянной амплитуды деформации при многократном продав л ивании, как описано в прототипе, в заготовке будет сформирована однородная СМК структура, как во внешних слоях, так и в приосевой зоне. В этом случае полученный полуфабрикат будет обладать повышенными прочностными и пластическими характеристиками, но малым равномерным удлинением в условиях одноосного растяжения (δρ), которое является важным параметром при изготовлении из получаемых полуфабрикатов элементов конструкций ответственного назначения, например, расчалки в крыльях самолетов, спицы в колесах велосипедов, тяги в системах управления различных машин и т.д. The causal relationship of the features that make up the essence of the invention and the technical result that is achieved are explained as follows. The creation in the deforming channel of a variable amplitude of alternating shear deformations over the cross section is aimed at the formation of a gradient structure in its volume: SM in the outer layers and microcrystalline in the axial zone. In the case of a constant amplitude of deformation during repeated selling, as described in the prototype, a homogeneous SMC structure will be formed in the blank, both in the outer layers and in the axial zone. In this case, the resulting semi-finished product will have increased strength and plastic characteristics, but small uniform elongation under uniaxial tension (δ ρ ), which is an important parameter in the manufacture of critical components of the resulting semi-finished products, for example, braces in the wings of aircraft, spokes in wheels bicycles, traction in the control systems of various machines, etc.
В этой связи, для создания градиентной структуры в поперечном сечении дефор ируемой заготовки, целесообразным является удерживание амплитуды сдвиговых деформаций в её приосевой области в диапазоне от 0 до 0,2. В работах (Н. Petryk, S. Stupkiewicz A quantitative model of grain refinement and strain hardening during severe plastic deformation // Materials Science and Engineering.- A 444.- 2007.- P. 214-219) и (S. Li , X. Li , L. Yang Role of strain path change in grain refinement by severe plastic deformation: A case study of equal channel angular extrusion.-Acta Materialia.- V.61 2013.- p.4398-4413) показано, что для протекания фрагментации структуры необходимым условием является превышение амплитудой деформации сдвига определённого значения, в противном случае структура деформируемого материала не будет измельчаться и останется в микрокристаллическом состоянии. Для знакопеременных деформаций это пороговое значение равно 0,2, согласно работе (Y. Beygelzimer. Grain refinement versus voids accumulation during severe plastic deformations of polycrystals: mathematical simulation // Mechanics of Materials, V.37.- 2005.- P.753-767). Таким образом, фиксация амплитуды в приосевой области заготовки в диапазоне от 0 до 0,2 необходима для ограничения фрагментации металла в этой области и блокирования образования там СМК структуры при многократном продавливании. Получаемый в этом случае полуфабрикат будет представлять собой СМК материал с микрокристаллическим сердечником. Последний в условиях одноосного растяжения будет препятствовать быстрой локализации деформации путём образования шейки. Тем самым он обеспечит полуфабрикату повышенное значение равномерного удлинения 5Р, по сравнению с однородным СМК материалом, который будет получен в случае несоблюдения условия удержания в приосевой области амплитуды знакопеременной деформации в диапазоне от 0 до 0,2. Амплитудой сдвиговой знакопеременной деформации можно управлять путем изменения формы деформирующего канала, п частности, на определенном участке закручивая канал постоянного сечения вокруг своей оси и изменяя шаг получаемой винтовой линии. In this regard, in order to create a gradient structure in the cross section of the deformed workpiece, it is advisable to keep the amplitude of shear deformations in its axial region in the range from 0 to 0.2. In (N. Petryk, S. Stupkiewicz A quantitative model of grain refinement and strain hardening during severe plastic deformation // Materials Science and Engineering.- A 444.- 2007.- P. 214-219) and (S. Li, X. Li, L. Yang Role of strain path change in grain refinement by severe plastic deformation: A case study of equal channel angular extrusion.-Acta Materialia.- V.61 2013.- p.4398-4413) shows that for The occurrence of fragmentation of the structure is a necessary condition for the shear strain amplitude to exceed a certain value, otherwise the structure of the deformable material will not be crushed and will remain in the microcrystalline state. For alternating deformations, this threshold value is 0.2, according to (Y. Beygelzimer. Grain ref i nement versus voids accumulation during severe plastic deformations of polycrystals: mathematical simulation // Mechanics of Materials, V.37.- 2005.- P.753-767). Thus, fixing the amplitude in the axial region of the workpiece in the range from 0 to 0.2 is necessary to limit the fragmentation of the metal in this region and to block the formation of the SMC structure there during repeated forcing. The semifinished product obtained in this case will be a QMS material with a microcrystalline core. The latter under uniaxial tension will prevent the rapid localization of deformation by the formation of a neck. Thus, it will provide the semi-finished product with an increased value of uniform elongation of 5 P , in comparison with a homogeneous SMC material, which will be obtained if the condition of holding in the axial region of the amplitude of alternating deformation in the range from 0 to 0.2 is not met. The amplitude of alternating shear alternating deformation can be controlled by changing the shape of the deforming channel, in particular, by twisting the channel of constant cross section around its axis and changing the pitch of the helix obtained.
Краткое описание чертежей  Brief Description of the Drawings
Предлагаемый способ реализуется с помощью устройства, представленного на чертеже фиг. 1.  The proposed method is implemented using the device shown in the drawing of FIG. one.
На фиг. 2 схематично показан деформирующий канал.  In FIG. 2 schematically shows a deformation channel.
На фиг. 3 показан градиентная структура титана марки Grade 4 (данные получены EBSD-анализом) в исходном состоянии, приосевой зоне деформированной заготовки, и её внешних слоях.  In FIG. Figure 3 shows the gradient structure of Grade 4 titanium (data obtained by EBSD analysis) in the initial state, in the axial zone of the deformed workpiece, and in its outer layers.
На фиг. 4 представлены экспериментальные данные в виде графиков, получаемых в испытаниях на растяжение для исходного, СМК и градиентного материала, полученного реализацией данного способа.  In FIG. 4 shows the experimental data in the form of graphs obtained in tensile tests for the initial, QMS and gradient material obtained by the implementation of this method.
Лучший вариант осуществления изобретения  The best embodiment of the invention
Устройство для реализации способа получения металлических полуфабрикатов включает в себя пуансон 1 (см. фиг. 1), контейнер 2, нагреватель 3, для предварительного нагрева и поддержания температуры устройства в процессе прессования, верхнюю фальш-заготовку 4, которая предназначена для продавливания основной заготовки через винтовой участок деформирующего канала, основную заготовку 5, деформирующий канал 6, который представляет собой винтовой участок 7, ограниченны сверху и снизу прямыми участками 8 и 9 (см. фиг. 2), нижнюю фальш- заготовку 10, которая необходима для передачи усилия противодавления основной заготовке на начальной стадии прессования, приемный контейнер 11 , пуансон противодавления 12. A device for implementing the method for producing metal semi-finished products includes a punch 1 (see Fig. 1), a container 2, a heater 3, for preheating and maintaining the temperature devices during the pressing process, the upper billet 4, which is designed to press the main billet through the screw section of the deforming channel, the main billet 5, the deformation channel 6, which is the screw section 7, are bounded above and below by straight sections 8 and 9 (see Fig. 2), the lower false blank 10, which is necessary for transferring the back pressure to the main blank at the initial pressing stage, the receiving container 11, the back pressure punch 12.
Способ получения металлических полуфабрикатов реализуется следующим образом. Пуансон противодавления 12 через приемный контейнер 1 1 вводится в прямой участок 9 деформирующего канала 6. Происходит запрессовка фальш-заготовки 10 в винтовой участок 7 канала 6. Затем в контейнер 2 последовательно загружают основную 5 и фальш- заготовку 4. Далее пуансоном 1 осуществляют продавливание заготовок через деформирующий канал 6. Во время вхождения основной заготовки 5 в винтовой участок 7 деформирующего канала 6, пуансоном противодавления 12 через нижнюю фальш-заготовку 10 создают необходимый уровень противодавления, порядка предела текучести материала основной заготовки 5. После одного цикла деформирования верхняя фальш-заготовка 4 занимает положение в винтовом участке 7 деформирующего канала 6, а продавленные основную 5 и фа ьш-заготовку 10 извлекают из приемного контейнера I I и при необходимости повторяют цикл обработки.  The method of producing metal semi-finished products is implemented as follows. The counter-pressure punch 12 is inserted through the receiving container 1 1 into the straight section 9 of the deforming channel 6. The false blank 10 is pressed into the screw section 7 of the channel 6. Then, the main 5 and the false blank 4 are sequentially loaded into the container 2. Then, the blank is pressed by the punch 1 through the deforming channel 6. During the entry of the main workpiece 5 into the screw section 7 of the deforming channel 6, the backpressure punch 12 through the lower false blank 10 creates the necessary level of backpressure, of the order of the limit the fluidity of the material of the main billet 5. After one deformation cycle, the upper false billet 4 occupies a position in the screw portion 7 of the deforming channel 6, and the pressed-through main 5 and fac billet 10 are removed from the receiving container I I and, if necessary, repeat the treatment cycle.
Промышленная применимость  Industrial applicability
Экспериментальная проверка способа была выполнена на заготовках из технически чистого титана марки Grade 4 с размерами 18*28 <70мм. Для винтового участка 7 деформирующего канала 6, в частности, был использован вытянутый деформирующий канал с большим шагом винтовой линии (см. фиг.2). Для получения .радиентной структуры было проведено пять циклов продавливания. Исследование структуры проводили с применением EBSD-анализа. Разные области поперечного сечения полученного полуфабриката показаны на фиг.З: а - структура исходной недеформиро ванной заготовки, которая характеризуется крупными зёрнами порядка сотен микрон; б - структура приосевой области полуфабриката, для которой характерны зёрна порядка десятков микрон; в - структура поверхностных слоёв полуфабриката, которая имеет выраженный СМК характер со средним размером структурного элемента порядка десятых долей микрона. Это свидетельствует о сформированной в полученном полуфабрикате градиентной структуре с микрокристаллическим сердечником и СМК поверхностными слоями. An experimental verification of the method was performed on billets of technically pure titanium grade Grade 4 with dimensions 18 * 28 <70mm. For the screw portion 7 of the deformation channel 6, in particular, an elongated deformation channel with a large pitch of the helix was used (see FIG. 2). Five bursting cycles were carried out to obtain a gradient structure. The study of the structure was carried out using EBSD analysis. Different cross-sectional areas of the obtained semi-finished product are shown in Fig. H: a - structure of the initial undeformed workpiece, which is characterized by large grains of the order of hundreds of microns; b - the structure of the axial region of the semi-finished product, which is characterized by grains of the order of tens of microns; c - the structure of the surface layers of the semi-finished product, which has a pronounced SMC character with an average size of the structural element of the order of tenths of a micron. This indicates a gradient structure formed in the obtained semi-finished product with a microcrystalline core and SMC surface layers.
Механические свойства полуфабриката анализировали по результатам испытания на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 на стандартных 10-кратных образцах диаметром 5 мм. На фиг. 4 приведены зависимости условного напряжения (F/S0) от относительного удлинения (AL/Lo), так называемые диаграммы растяжения: 1 - образец исходного педеформированного титана Grade 4; 2 - образец с однородной СМК структурой; 3 - образец, полученный из полуфабриката, предварительно подвергнутого прямой экструзии с вытяжкой 3 для сохранения градиентной структуры на образце меньшего диаметра. Начальный прямолинейный участок диаграмм, общий для кривых 1, 2, 3, соответствует упругой деформации образцов, тогда как нелинейные участки каждой из кривых - пластической деформации. Величина относительного равномерного удлинения 5Р определяется, как координата точки пересечения с осью абсцисс прямой, выходящей из максимума диаграммы растяжения под углом ее упругого участка (см. пунктирные отрезки на фиг.4). Таким образом, δρ для кривой 2 составляет 2%, тогда как для 3 - 10%. Это подтверждает повышение равномерного удлинения, характерное для сформированной градиентной структуры полуфабриката, по сравнению с однородной СМК структурой. О повышенных прочностных характеристиках полученного градиентного полуфабриката, которые характерны для СМК материала, можно судить по величине предела прочности - максимального условного напряжения на диаграммах растяжения 1 , 2, 3 (см. фиг. 4). По сравнению с исходной недеформированной заготовкой, предел прочности которой равен 725 МПа, в случае полуфабрикатов с однородной СМК структурой предел прочности повышается до 955 МПа, а для полуфабрикатов, полученных по предложенному способу - до 980 МПа. The mechanical properties of the semi-finished product were analyzed according to the results of tensile tests according to GOST 1497-84 on standard 10-fold samples with a diameter of 5 mm In FIG. Figure 4 shows the dependences of the conditional stress (F / S 0 ) on the relative elongation (AL / Lo), the so-called tensile diagrams: 1 - a sample of the initial pedeformed titanium Grade 4; 2 - sample with a homogeneous QMS structure; 3 - a sample obtained from a semi-finished product, previously subjected to direct extrusion with a hood 3 to maintain the gradient structure on the sample of a smaller diameter. The initial rectilinear section of the diagrams, common for curves 1, 2, 3, corresponds to the elastic deformation of the samples, while the nonlinear sections of each of the curves correspond to plastic deformation. The value of the relative uniform elongation of 5 P is determined as the coordinate of the point of intersection with the abscissa axis of the line coming out of the maximum of the tensile diagram at the angle of its elastic section (see dotted lines in figure 4). Thus, δ ρ for curve 2 is 2%, while for 3 it is 10%. This confirms the increase in uniform elongation, characteristic of the formed gradient structure of the semi-finished product, in comparison with a homogeneous SMC structure. The increased strength characteristics of the obtained gradient semi-finished product, which are characteristic of the QMS material, can be judged by the value of the tensile strength - the maximum conditional stress on the tensile diagrams 1, 2, 3 (see Fig. 4). Compared to the initial non-deformed billet, the tensile strength of which is 725 MPa, in the case of semi-finished products with a homogeneous SMC structure, the tensile strength increases to 955 MPa, and for semi-finished products obtained by the proposed method to 980 MPa.
Из скачанного можно заключить, что предлагаемое техническое решение позволяет формировать металлические полуфабрикаты контролируемой градиентной структуры, обеспечивающей высокие значения δρ при больших значениях показателей прочности и пластичности, и позволит изготавливать из них конструкции ответственного назначения, которые работают в условиях одноосного растяжения. From the downloaded it can be concluded that the proposed technical solution allows the formation of metal semi-finished products of a controlled gradient structure that provides high values of δ ρ at high values of strength and ductility, and will make it possible to produce structures for critical purposes that operate under uniaxial tension.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
Способ получения металлических полуфабрикатов, включающий продавливание металлической заготовки через деформирующий канал постоянного поперечного сечения вдоль его оси, формирование в заготовке знакопеременных сдвиговых деформаций заданной амплитуды, приложение подпора с выходной стороны деформирующего канала, отличающийся тем, что, в деформирующем канале создают переменную амплитуду сдвиговых деформаций по поперечному сечению заготовки и удерживают ее в приосевой области заготовки в диапазоне от 0 до 0,2.  A method for producing metal semi-finished products, including forcing a metal billet through a deforming channel of constant cross section along its axis, forming alternating shear deformations of a given amplitude in the billet, applying backwater from the output side of the deforming channel, characterized in that a variable amplitude of shear deformations is created in the deforming channel the cross section of the workpiece and hold it in the axial region of the workpiece in the range from 0 to 0.2.
PCT/UA2014/000044 2014-04-10 2014-04-23 Method for producing metal semi-finished products WO2015156750A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201403738 2014-04-10
UA2014003738 2014-04-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015156750A1 true WO2015156750A1 (en) 2015-10-15

Family

ID=54288186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2014/000044 WO2015156750A1 (en) 2014-04-10 2014-04-23 Method for producing metal semi-finished products

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015156750A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002102982A (en) * 2000-09-28 2002-04-09 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Plastic working equipment and plastic working method
KR20020075183A (en) * 2001-03-23 2002-10-04 김호경 Method and apparatus for fine particle formation
RU2191652C1 (en) * 2001-04-04 2002-10-27 Глухов Дмитрий Евгеньевич Method for producing blanks of small-grain structure
RU2341345C2 (en) * 2006-04-10 2008-12-20 Институт физико-технических проблем Севера СО РАН Method of combined intensive plastic deformation of stocks

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002102982A (en) * 2000-09-28 2002-04-09 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Plastic working equipment and plastic working method
KR20020075183A (en) * 2001-03-23 2002-10-04 김호경 Method and apparatus for fine particle formation
RU2191652C1 (en) * 2001-04-04 2002-10-27 Глухов Дмитрий Евгеньевич Method for producing blanks of small-grain structure
RU2341345C2 (en) * 2006-04-10 2008-12-20 Институт физико-технических проблем Севера СО РАН Method of combined intensive plastic deformation of stocks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shahbaz et al. A novel single pass severe plastic deformation technique: Vortex extrusion
Pardis et al. Cyclic expansion-extrusion (CEE): A modified counterpart of cyclic extrusion-compression (CEC)
Kim Finite element analysis of deformation behaviour of metals during equal channel multi-angular pressing
Jafarlou et al. Severe plastic deformation of tubular AA 6061 via equal channel angular pressing
Hosseini et al. Applicability of a modified backward extrusion process on commercially pure aluminum
Hwang et al. The effect of microstructure and texture evolution on mechanical properties of low carbon steel in a non-circular drawing sequence
Zaharia et al. Multiple direct extrusion: A new technique in grain refinement
Xu et al. Effects of temperature, strain rate and specimen size on the deformation behaviors at micro/meso-scale in ultrafine-grained pure Al
Faraji et al. Accumulative torsion back (ATB) processing as a new plastic deformation technique
Gowtham et al. Simulation of the effect of die radius on deep drawing process
Joo et al. The effect of a non-circular drawing sequence on spheroidization of medium carbon steel wires
KR101323168B1 (en) Torsional severe plastic deformation method for conical tube metals
Kazeminezhad et al. Optimum groove pressing die design to achieve desirable severely plastic deformed sheets
Bouaziz et al. A new technique for severe plastic deformation: the cone–cone method
Bruder et al. Severe plastic deformation by equal channel angular swaging
Kashi et al. Microstructure and mechanical properties of the ultrafine-grained copper tube produced by severe plastic deformation
WO2015156750A1 (en) Method for producing metal semi-finished products
Jiao et al. The effect of process parameters on web-warping in the flexible roll forming of UHSS
Hwang et al. The effect of grain refinement by multi-pass continuous hybrid process on mechanical properties of low-carbon steel wires
Kaya et al. Fatigue behaviour and mechanical properties of Ecap'ed and thixoformed AA7075
Rosochowski et al. Finite element analysis of two-turn Incremental ECAP
Lapovok et al. Prediction of ductile failure in CP-Titanium as criterion of SPD process design
RU2580263C2 (en) Method for multiple plastic deformation of axially symmetric rod and wire metalware
Zhernosek et al. Quality improvement and evaluation of stress-strain state of cylindrical shells during drawing with local wall thinning
Ghazani et al. Finite element study on the development of damage and flow characteristics in Al7075 alloy during Ex-ECAP

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14888664

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A SENT 01.02.17)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14888664

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1