Вплив швидкості на робочі параметри процесу деформування пористих заготовок у відкритих і закритих об’ємах - Автореферат

Їхні властивості формуються як за рахунок складу компонентів різних матеріалів, так і за рахунок технологічних параметрів процесів їхнього деформування. У дійсний час механіка обробки тиском пористих матеріалів зосереджена на рішенні квазістатичних проблем і практично не враховує вплив швидкості деформації. На підставі сказаного, очевидно, що визначення робочих параметрів процесу деформування пористих матеріалів з урахуванням швидкісної чутливості, а також удосконалення теоретичних основ їхнього розрахунку представляє собою актуальну проблему. розробити мікромеханічну модель пластичної течії пористого тіла, яка дозволить якісно оцінити швидкісну чутливість матеріальних параметрів пористого тіла та реологічних властивостей твердої фази; В рамках запропонованої феноменологічної моделі дано новий вид функцій пористості, які враховують швидкісну чутливість пористих тіл.Показано, що з ростом швидкості деформації опір деформуванню росте, а пластичність падає. Накопичений досвід по вивченню впливу ступеня і швидкості деформації на формування структури в компактних металах з різними кристалічними ґратками, дозволив Мільману Ю.В., Підрізову Ю.М., Трефілову В.І., Фірстову С.О. та ін. пояснити механізми деформування пористих матеріалів і звязати аномалії, властиві поводженню подібного роду матеріалів, з апріорною наявністю пор і їхньою морфологією. Існуючі аналітичні залежності, які характеризують вплив швидкості деформації на розвиток процесу деформаційного зміцнення формулюються щодо співвідношення напруг течії при різних швидкостях деформації. Деякі з запропонованих виразів для пористих матеріалів дозволяють враховувати ефекти пористості на розвиток деформаційного зміцнення, тобто в залежності від схеми деформації враховується характер її еволюції з ростом ступеня деформації. Роблячи розрахунки по даним моделям, з використанням визначальних співвідношень у подібному їхньому формулюванні представляється можливим враховувати вплив швидкості деформації лише на напругу течії твердої фази.Виходячи з того, що поводження матеріалу комірки може бути задано відомими рівняннями звязку компонент тензора напруг з компонентами тензора швидкостей деформацій, отримані співвідношення полів швидкостей деформацій в комірці на мікро-і макроскопічному рівнях, а також рівняння їхнього звязку. Його величина залежить від швидкості деформації і зменшується з ростом останньої, що свідчить про зменшення радіальної деформації пористого тіла. Однак, аналіз залежності (9) показує, що існує така як завгодно велика швидкість деформації, при якій пластичний коефіцієнт Пуассона буде залежати тільки від пористості поза залежності від констант швидкісної чутливості матеріалу. Мікромеханічний підхід дозволяє провести лише якісний аналіз впливу швидкості деформації на пластичну течію пористих тіл і не дає кількісної оцінки процесу. Встановлено, що параметр характеризує чутливість еволюції порового простору деформуємого пористого тіла до швидкості деформації і може бути визначений як коефіцієнт швидкісної чутливості процесу ущільнення або коефіцієнт інтенсивності ущільнення.Досліджено вплив швидкості деформації на зміну пористості і зміцнення твердої фази при осьовому стисканні при статичному і динамічному деформуванні. Процес зменшення пористості характеризується коефіцієнтом інтенсивності ущільнення, який зменшується з ростом ступеня деформації і збільшується з ростом швидкості деформації. З урахуванням показника деформаційного зміцнення побудовані стадійні криві зміцнення, кількість стадій на яких залежить від швидкості деформації і визначає зміну механізму структуроутворення твердої фази. Визначено щільність дислокацій пористої міді, яка росте зі збільшенням швидкості деформації, у відмінності від компактних матеріалів, у яких щільність дислокацій з ростом швидкості деформації практично не змінюється. З ростом швидкості деформації середній статистичний розмір пор зменшується.

Основний зміст роботи

У дисертації дане нове рішення науково-технічної задачі по використанню швидкісної чутливості порошкових пористих тіл, спрямоване на удосконалення розрахунку робочих параметрів технологічного процесу отримання виробів із порошкових матеріалів обробкою тиском.

1. Досліджено вплив швидкості деформації на зміну пористості і зміцнення твердої фази при осьовому стисканні при статичному і динамічному деформуванні. Процес зменшення пористості характеризується коефіцієнтом інтенсивності ущільнення, який зменшується з ростом ступеня деформації і збільшується з ростом швидкості деформації.

2. Визначено показник деформаційного зміцнення, який дорівнює 0,97, що відповідає компактним металам, які мають г.ц.к. кристалічні ґратки. Цей показник не залежить від швидкості деформації і пористості.

3. З урахуванням показника деформаційного зміцнення побудовані стадійні криві зміцнення, кількість стадій на яких залежить від швидкості деформації і визначає зміну механізму структуроутворення твердої фази. Коефіцієнт деформаційного зміцнення зменшується з кожною із стадій. При статичному навантаженні його величина менше, ніж при динамічному. Визначено щільність дислокацій пористої міді, яка росте зі збільшенням швидкості деформації, у відмінності від компактних матеріалів, у яких щільність дислокацій з ростом швидкості деформації практично не змінюється.

4. Досліджено вплив швидкості деформації на еволюцію геометричних параметрів просторової мікроструктури. З ростом швидкості деформації середній статистичний розмір пор зменшується.

5. З використанням мікромеханічного підходу до аналізу поводження елементарної комірки пористого тіла та процедур осереднення на якісному рівні встановлена швидкісна залежність пластичного коефіцієнта Пуассона, який характеризує поперечну деформацію і є функцію пористості. Величина коефіцієнта Пуассона зменшується з ростом швидкості деформації і збільшенням пористості.

6. Феноменологічний підхід до аналізу впливу швидкості деформації на пластичну течію пористого тіла дозволив дати кількісну оцінку швидкісної залежності пластичного коефіцієнта Пуассона. Використовується новий вид функцій пористості, що містять два матеріальних параметри, які характеризують швидкісну чутливість пористих тіл. Один з параметрів характеризує чутливість еволюції порового простору деформуємого пористого тіла до швидкості деформації і може бути визначений як коефіцієнт швидкісної чутливості процесу ущільнення або коефіцієнт інтенсивності ущільнення. Другий параметр характеризує чутливість процесу зміцнення до швидкості деформації і може бути визначений як коефіцієнт швидкісної чутливості процесу зміцнення або коефіцієнт інтенсивності зміцнення.

7. З використанням нових визначальних рівнянь теорії пластичності пористих тіл, побудовані контури пластичного потенціалу, які змінюються з ростом швидкості деформації в напрямку осі гідростатичного тиску і інтенсивності дотичних напруг. Встановлений звязок між осьовою та еквівалентною швидкостями деформації.

8. Адекватність запропонованої феноменологічної моделі теорії пластичності з урахуванням швидкісної чутливості пористих тіл перевірена для випадку осьового розтягнення пористого заліза. Показано, що погрішність у визначенні розрахункових значень пористості в порівнянні з експериментальними даними лежить в інтервалі 2-5%.

9. Проведений розрахунок граничного ступеня деформації при осьовому розтягненні. Показано, що на розрахунковій кривій деформаційного зміцнення виявляється пік, що відповідає деякому критичному ступеню деформації, при якому починається руйнування на мікрорівні. Критичний ступінь деформації рекомендується використовувати в якості оцінки ресурсу пластичності при деформуванні пористих тіл.

10. На основі узагальненої феноменологічної моделі з урахуванням швидкісної чутливості пористих тіл для схем деформування стискання у прес-формі з гладкими жорсткими стінками і радіальне обтиснення створені рівняння звязку вихідних розмірів заготовки і пористості з кінцевими розмірами виробу і рівняння для розрахунку тиску. У цих залежностях пористість є функцією швидкості і ступеня деформації, а напруги залежать від накопиченої деформації твердої фази і розраховуються з урахуванням коефіцієнтів швидкісної чутливості. Методика розрахунку для випадку стискання в прес-формі з гладкими жорсткими стінками перевірена експериментально.

11. На основі розробленої узагальненої феноменологічної моделі з урахуванням швидкісної чутливості пористих тіл запропонована методика розрахунку початкових розмірів заготовки і тиску пресування, яка рекомендується для використання при різних схемах деформування пористих тіл.

12. Методика розрахунку робочих параметрів процесу деформування пористих заготовок з урахуванням швидкісної чутливості для отримання порошкових виробів застосована на ТОВ «Ферит». Результати роботи використані в навчальному процесі при викладанні дисциплін спеціальності «Композиційні і порошкові матеріали, покриття».

1. Рябичева Л.А., Черепахина Л.П., Кравцова Ю.В. Механические свойства пористого железа после предварительной деформации // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: вид-во СНУ, 2001. - С. 227-230.

2. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Деформационное упрочнение порошковой меди при одноосном сжатии // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. - Краматорськ, 2001. - С. 398-401.

3. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Влияние скорости деформации на эволюцию пористой структуры и упрочнение твердой фазы при сжатии // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В. Даля, 2002.-С. 265-268.

4. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Применение модели процессов деформирования сжимаемых материалов с учетом порообразования к решению задачи свободной осадки // Физика и техника высоких давлений. - 2002. - Т. 12, №2. - С. 87-94.

5. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. К вопросу определения показателя деформационного упрочнения пористых тел // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. В 2-х ч. Ч. 2 - Луганськ: вид-во СНУ ім. В. Даля, 2003. - C. 3-8.

6. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Анализ упрочнения порошковой меди с использованием уравнения пластичности // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2002. - №3 (49). - С. 209-214.

7. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Влияние высоких скоростей деформации на деформирование пористых заготовок при динамическом нагружении // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. - Краматорськ - Словянськ, 2003. - С. 246-251.

8. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Влияние условий деформирования на характер течения пористого материала при одноосном сжатии // Сучасні проблеми металургії. Наукові вісті. Том 5. Пластична деформація металів, Дніпропетровськ: «Системні технології». - 2002. - С. 133-137.

9. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Модель процессов деформирования пористых тел с учетом скоростной чувствительности // Физика и техника высоких давлений. - 2004. - т. 14, №1. - С. 54-61.

10. Кравцова Ю.В., Рябичева Л.А., Штерн М.Б. Расчет предельной степени деформации при одноосном растяжении пористых образцов // Математические модели и вычислительный эксперимент в материаловедении: Труды Института пробл. Материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины. Серия: Моделирование в материаловедении. Редкол.: Скороход В.В. и др. - К., 2003. - Вып.6, С. 125-134.

11. Рябичева Л.А., Кравцова Ю.В. Влияние скорости деформации на эффективную реакцию пористого тела // Удосконалення процесів та обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні: Темат. зб. наук. пр. - Краматорськ, 2004. - С. 296-303.

Размещено на .ru