Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Влияние комбинации радиально-сдвиговой прокатки и ротационной ковки на напряженно-деформированное состояние прутковой заготовки малого диаметра из титановых сплавов

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-2-22-31

Полный текст:

Аннотация

Работа посвящена конечно-элементному моделированию напряженно-деформированного состояния прутковой заготовки малого диаметра при горячей обработке давлением в комбинации радиально-сдвиговой прокатки (РСП) и ротационной ковки (РК). Моделирование выполнено с использованием реологической модели титанового сплава Ti—6Al—4V с помощью программы QForm VX. Смоделировано сочетание радиально-сдвиговой прокатки за 1 проход заготовки диаметром 15 мм на пруток диаметром 12 мм и последующей ротационной ковки в 1, 2 и 3 прохода с получением прутков диаметрами 11, 10 и 8 мм. Учитывалось пооперационное накопление пластической деформации в условиях неравномерности ее распределения. Получены промежуточные и конечные поля пластической деформации, скорости деформации и среднего напряжения. Показано, что распределение пластической деформации после РСП имеет выраженную градиентность с максимальным значением (3 и более) на периферии сечения и минимальным (около 1) в центре. В результате РК даже с небольшими обжатиями напряженно-деформированное состояние становится существенно более однородным по сравнению с заготовкой такого же диаметра только после радиально-сдвиговой прокатки. Кроме того, уменьшаются остаточные напряжения растяжения из-за сжимающих напряжений при ротационной ковке. Прямое экспериментальное опробование комбинированного способа деформации проведено для перспективного сплава Ti—Zr—Nb с памятью формы медицинского назначения при изготовлении прутков диаметром 7—8 мм в условиях опытно-промышленного производства. Получено качественное подтверждение результатов моделирования металлографическим анализом. Показана перспективность сочетания радиально-сдвиговой прокатки и ротационной ковки для создания индустриальных технологий изготовления прутков малого диаметра с высокой однородностью мелкодисперсной структуры.

Об авторах

Та Динь Суан
НИТУ «МИСиС»
Россия

Аспирант кафедры обработки металлов давлением (ОМД).

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



В. А. Шереметьев
НИТУ «МИСиС»
Россия

Кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник кафедры ОМД.

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



А. А. Кудряшова
НИТУ «МИСиС»
Россия

Аспирант, инженер Научно-образовательного центра наноматериалов и нанотехнологий.

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



С. П. Галкин
НИТУ «МИСиС»
Россия

Доктор технических наук, профессор кафедры ОМД.

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



В. А. Андреев
ООО «Промышленный центр МАТЭК-СПФ»; ИМЕТ РАН
Россия

Кандидат технических наук, генеральный директор ООО «Промышленный центр МАТЭК-СПФ»; старший научный сотрудник лаборатории пластической деформации металлических материалов ИМЕТ РАН.

117449, Москва, Карьер, 2а, стр. 1 — 137; 119991, Москва, Ленинский пр-т, 49.



С. Д. Прокошкин
НИТУ «МИСиС»
Россия

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры ОМД.

119049, Москва, Ленинский пр-т, 4.



В. Браиловский
Ecole de Technologie Superieure
Канада

Dr. Sci., Prof., Ecole de Technologie Superieure.

Montreal 1100, Notrie Dame.



Список литературы

1. Geetha M., Singh A.K., Asokamani R., Gogia A.K. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants — A review. Progr. Mater. Sci. 2009. Vol. 54. Iss. 3. P. 397—425.

2. Kim H.Y., Fu J., Tobe H., Kim J.I., Miyazaki S. Crystal structure, transformation strain, and superelastic property of Ti—Nb—Zr and Ti—Nb—Ta alloys. Shape Memory and Superelasticity. 2015. Vol. 1. Iss.2. P. 107—116.

3. Шереметьев В.А., Кудряшова А.А., Суан Та Динь, Галкин С.П., Прокошкин С.Д., Браиловский В. Перспективная технология получения прутков из сверхупругого сплава Ti—Zr—Nb медицинского назначения на основе сочетания радиально-сдвиговой прокатки и ротационной ковки. Металлург. 2019. No. 1. C. 45—52.

4. Sheremetyev V., Kudryashova A., Cheverikin V., Korotitskiy A., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Hot radial shear rolling and rotary forging of metastable beta Ti—18Zr— 14Nb (at.%) alloy for bone implants: Microstructure, texture and functional properties. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 800. P. 320—326.

5. Galkin S.P. Trajectory of deformed metal as basis for controlling the radial-shift and screw rolling. Stal'. 2004. No. 7. Р. 63—66.

6. Dobatkin S., Galkin S., Estrin Y., Serebryany V., Diez M., Martynenko N., Lukyanova E., Perezhogin V. Grain refinement, texture, and mechanical properties of a magnesium alloy after radial-shear rolling. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 774. P. 969—979.

7. Akopyan T., Aleshchenko A.S., Belov N.A., Galkin S.P. Effect of radial-shear rolling on the formation of structure and mechanical properties of Al—Ni and Al—Ca aluminum-matrix composite alloys of eutectic type. Phys. Met. Metallograph. 2018. Vol. 119. Iss. 3. P. 241—250.

8. Карпов Б.В., Патрин П.В., Галкин С.П., Харитонов Е.А., Карпов И.Б. Радиально-сдвиговая прокатка прутков титанового сплава ВТ-8 с регламентированной структурой из слитков малого диаметра (не более 200 мм). Металлург. 2017. No. 10. C. 54—59.

9. Sheremetyev V., Kudryashova A., Dubinskiy S., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Structure and functional properties of metastable beta Ti—18Zr—14Nb (at.%) alloy for biomedical applications subjected to radial shear rolling and thermomechanical treatment. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 737. P. 678—683.

10. Liu Y., Herrmann M., Schenck C., Kuhfuss B. Plastic deformation components in mandrel free infeed rotary swaging of tubes. Procedia Manufactur. 2019. Vol. 27. P. 33—38.

11. Al-Khazraji H., El-Danaf E., Wollmann M., Wagner L. Microstructure, mechanical, and fatigue strength of Ti—54M processed by rotary swaging. J. Mater. Eng. Perform. 2015. Vol. 24. Iss. 5. P. 2074—2084.

12. Moumi E., Ishkina S., Kuhfuss B., Hochrainer T., Struss A., Hunkel M. 2D-simulation of material flow during infeed rotary swaging using finite element method. Procedia Eng. 2014. Vol. 81. P. 2342—2347.

13. Vollertsen F. Micro Metal Forming. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2013.

14. Lopatin N.V. Effect of hot rolling by screw mill on microstructure of a Ti—6Al—4V titanium alloy. Int. J. Mater. Form. 2013. Vol. 6. No. 4. P. 459—465.

15. Wang Y.L., Molotnikov A., Diez M., Lapovok R., Kim H-E., Wang J.T., Estrin Y. Gradient structure produced by three roll planetary milling: Numerical simulation and microstructural observations. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 639. P. 165—172.

16. Андреев В.А., Юсупов В.С., Перкас М.М., Просвирнин В.В., Шелест А.Е., Прокошкин С.Д., Хмелевская И.Ю., Коротицкий А.В., Бондарева С.А., Карелин Р.Д. Механические и функциональные свойства промышленных полуфабрикатов из сплава ТН-1, полученных теплой ротационной ковкой и РКУП. Деформация и разрушение материалов. 2017. No. 4. C. 43—48.

17. Abedian A., Poursina M., Golestanian H. A comparison between the properties of solid cylinders and tube products in multipass hot radial forging using finite element method. In: AIP Conf. Proc. (NUMIFORM, Porto, Portugal, 17—21 June 2007). Vol. 908. Iss. 1. P. 963—968.

18. Zhang Q., Jin K., Mu D., Zhang Y., Li Y. Energy-controlled rotary swaging process for tube workpiece. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2015. Vol. 80. Iss. 9-12. P. 2015—2026.

19. Zhang Q., Jin K., Mu D. Tube/tube joining technology by using rotary swaging forming method. J. Mater. Process. Technol. Elsevier B.V. 2014. Vol. 214. Iss. 10. P. 2085— 2094.

20. Zhang Q., Jin K., Mu D., Ma P., Tian J. Rotary swaging forming process of tube workpieces. Procedia Eng. Elsevier B.V. 2014. Vol. 81. P. 2336—2341.

21. Лопатин Н.В., Галкин С.П. Влияние комбинированной прокатки на структуру и свойства прутков титана ВТ1-0. Известия вузов. Цветная металлургия. 2013. No. 2. С. 39—46.

22. Naizabekov A., Lezhnev S., Arbuz A., Panin E. Computer simulation of the combined process «Helical Rolling-Pressing». Key Eng. Mater. 2016. Vol. 716. P. 614—619.

23. Pachla W., Kulczyk M., Przybysz S., Skiba J., Wojciechowski K., Przybysz M., Topolski K., Sobolewski A., Charkiewicz M. Effect of severe plastic deformation realized by hydrostatic extrusion and rotary swaging on the properties of CP Ti grade 2. J. Mater. Process. Technol. 2015. Vol. 221. P. 255—268.

24. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. M.: Металлургия, 1986.

25. Wu Y., Dong X., Yu Q. Upper bound analysis of axial metal flow inhomogeneity in radial forging process. Int. J. Mech. Sci. Pergamon. 2015. Vol. 93. P. 102—110.

26. Романенко В.П., Степанов П.П., Крискович С.М. Производство полых вагонных осей методами винтовой прошивки и радиальной ковки. Металлург. 2017. No. 10. C. 44—48.


Для цитирования:


Суан Т.Д., Шереметьев В.А., Кудряшова А.А., Галкин С.П., Андреев В.А., Прокошкин С.Д., Браиловский В. Влияние комбинации радиально-сдвиговой прокатки и ротационной ковки на напряженно-деформированное состояние прутковой заготовки малого диаметра из титановых сплавов. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020;(2):22-31. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-2-22-31

For citation:


Xuan T.D., Sheremetyev V.A., Kudryashova A.A., Galkin S.P., Andreev V.A., Prokoshkin S.D., Brailovski V. Influence of the combined radial shear rolling and rotary forging on the stress-strain state of the small diameter bar stock of titanium-based alloys. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities' Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2020;(2):22-31. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-2-22-31

Просмотров: 56


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)