ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Для обработки давлением малопластичных металлов приходится разрабатывать специальные приемы повышения пластичности. В холодном состоянии повышение пластических свойств возможно за счет повышения уровня сжимающих напряжений в процессе деформации. В процессах кузнечной осадки это достигается применением оболочек или обойм различного вида. При этом конфигурация инструмента для осадки тоже имеет значение. Для создания дополнительных напряжений сжатия и повышения пластичности металла рабочую поверхность инструмента можно конфигурировать иначе, чем при обычной свободной осадке, где она заведомо больше площади контактной поверхности заготовки, чтобы могло происходить уширение металла. Напряженное состояние оказывает большое влияние на пластичность обрабатываемого материала. Это состояние описывается методами тензорного представления, но для оценки ситуации принято применять инварианты тензоров в том или ином виде, что устраняет влияние координат на результаты анализа. В разделах механики деформируемого тела, касающихся влияния напряженного состояния на пластичность, используют первый, но иногда и другие инварианты тензора напряжений, сами инварианты трансформированы в показатель напряженного состояния и коэффициент Лоде. Цель работы: математическая оценка инвариантных показателей напряженного состояния процесса осадки магния при комнатной температуре, по результатам которых удалось получить положительный результат в условиях реальных экспериментов. Методы исследования: конечно-элементное моделирование с помощью программного модуля DEFORM. Результаты и обсуждение. Выполнено теоретическое обоснование повышения пластичности магниевой заготовки в процессе осадки в обойме без ее обжатия. Выявлено повышение показателя напряженного состояния по модулю в 2…5 раз, что способствует повышению пластичности металла. В то же время выявлена зона с коэффициентом Лоде, близким к нулю. Она прилегает к середине высоты заготовки в месте контакта с обоймой и может являться опасным сечением с позиции возникновения трещинообразования.

1. Kudiiarov V.N., Lider А.М., Harchenko S.Y. Hydrogen accumulation in technically pure titanium alloy at saturation from gas atmosphere // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 880. – P. 68–73. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.880.68.

2. Fundamentals and advances in magnesium alloy corrosion / M. Esmaily, J.E. Svensson, S. Fajardo, N. Birbilis, G.S. Frankel, S. Virtanen, R. Arrabal, S. Thomas, L.G. Johansson // Progress in Materials Science. – 2017. – Vol. 89. – P. 92–193. – DOI: 10.1016/j.pmatsci.2017.04.011.

3. Proust G. Processing magnesium at room temperature // Science. – 2019. – Vol. 364 (6448). – P. 30–31. – DOI: 10.1126/science.aax9732.

4. Microstructure and mechanical properties in an AZ31 magnesium alloy sheet fabricated by asymmetric hot extrusion / L.L. Chang, Y.N. Wang, X. Zhao, J.C. Huang // Materials Science and Engineering: A. – 2008. – Vol. 496, iss. 1–2. – P. 512–516. – DOI: 10.1016/j.msea.2008.06.015.

5. Логинов Ю.Н., Каменецкий Б.И., Замараева Ю.В. Межслойное взаимодействие при осадке биметаллической заготовки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. – 2019. – № 7. – С. 41–45.

6. An effective approach called the composite extrusion to improve the mechanical properties of AZ31 magnesium alloy sheets / F. Pan, Q. Wang, B. Jiang, J. He, Y. Chai, J. Xu // Materials Science and Engineering: A. – 2016. – Vol. 655. – P. 339–345. – DOI: 10.1016/j.msea.2015.12.098.

7. Khanawapee U., Butdee S. A study of barreling and DEFORM 3D simulation in cold upsetting of bi-material // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 26, pt. 2. – P. 1262–1270. – DOI: 10.1016/j.matpr.2020.02.252.

8. Malcher L., Mamiya E.N. An improved damage evolution law based on continuum damage mechanics and its dependence on both stress triaxiality and the third invariant // International Journal of Plasticity. – 2014. – Vol. 56. – P. 232–261. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2014.01.002.

9. Asymmetric yield function based on the stress invariants for pressure sensitive metals / J.W. Yoon, Y. Lou, J. Yoon, M.V. Glazoff // International Journal of Plasticity. – 2014. – Vol. 56. – P. 184–202. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2013.11.008.

10. Experiments on stress-triaxiality dependence of material behavior of aluminum alloys / L. Driemeier, G. Micheli, M. Alves, M. Brünig // Mechanics of Materials. – 2010. – Vol. 42, iss. 2. – P. 207–217. – DOI: 10.1016/j.mechmat.2009.11.012.

11. Effect of the lode parameter in predicting shear cracking of 2024-t351 aluminum alloy Taylor rods / X. Xiao, Z. Mu, H. Pan, Y. Lou // International Journal of Impact Engineering. – 2018. – Vol. 120. – P. 185–201. – DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2018.06.008.

12. Mirone G., Corallo D. A local viewpoint for evaluating the influence of stress triaxiality and lode angle on ductile failure and hardening // International Journal of Plasticity. – 2010. – Vol. 26, iss. 3. – P. 348–371. – DOI: 10.1016/j.ijplas.2009.07.006.

13. Каменецкий Б.И., Логинов Ю.Н., Волков А.Ю. Методы и устройства для повышения пластичности хрупких материалов при холодной осадке с боковым подпором // Заготовительные производства в машиностроении. – 2013. – № 9. – С. 15–22.

14. Получение, структура, текстура и механические свойства сильно деформированных образцов магния / А.Ю. Волков, О.В. Антонова, Б.И. Каменецкий, И.В. Клюкин, Д.А. Комкова, Б.Д. Антонов // Физика металлов и металловедение. – 2016. – Т. 117, № 5. – С. 538–548. – DOI: 10.1134/S0031918X16050161.

15. Каменецкий Б.И., Логинов Ю.Н., Кругликов Н.А. Влияние условий бокового подпора на пластичность магния при холодной осадке // Технология легких сплавов. – 2012. – № 1. – С. 86–92.

16. Design Environment for forming: website. – 2021. – URL: http://www.DEFORM.com (accessed: 08.02.2021).

17. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. техн. ун-та, 2001. – 834 с.

18. Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В., Каменецкий Б.И. Осадка цилиндрической магниевой заготовки в медной оболочке без ее обжатия // Цветные металлы. – 2020. – № 4. – С. 77–82. – DOI: 10.17580/tsm.2020.04.09.

19. Комкова Д.А., Волков А.Ю. Структура и текстура магния после низкотемпературной мегапластической деформации // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2017. – № 3 (41). – С. 70–75.

20. Narayanasamy R., Pandey K.S. Phenomenon of barrelling in aluminium solid cylinders during cold upset-forming // Journal of Materials Processing Technology. – 1997. – Vol. 70, iss. 1–3. – P. 17–21. – DOI: 10.1016/S0924-0136(97)00035-6.

21. Ganjiani M. A damage model for predicting ductile fracture with considering the dependency on stress triaxiality and Lode angle // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2020. – Vol. 84. – P. 104048. – DOI: 10.1016/j.euromechsol.2020.104048.

22. Смирнов С.В., Вичужанин Д.И., Нестеренко А.В. Комплекс испытаний для исследования влияния напряженного состояния на предельную пластичность металла при повышенной температуре // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2015. – № 3. – С. 146–164. – DOI: 10.15593/perm.mech/2015.3.11.