Aparatura wysokociśnieniowa do przeróbki plastycznej materiałów z dużymi odkształceniami na zimno
PBN-AR
Instytucja
Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk
Informacje podstawowe
Główny język publikacji
pl
Czasopismo
Obróbka Plastyczna Metali
ISSN
0867-2628
EISSN
Wydawca
Instytut Obróbki Plastycznej
DOI
Rok publikacji
2015
Numer zeszytu
4
Strony od-do
283-306
Numer tomu
XXVI
Identyfikator DOI
Liczba arkuszy
1,10
Słowa kluczowe
pl
duże odkształcenie plastyczne (SPD)
ultradrobnoziarnisty (UFG)
nanokrystaliczny (NC)
przeciskanie przez równoosiowy kanał kątowy (ECAP)
wyciskanie hydrostatyczne (HE)
metoda elementów skończonych (MES)
en
severe plastic deformation (SPD)
ultrafine grain (UFG)
nanocrystalline (NC)
equal channel angular pressing (ECAP)
hydrostatic extrusion (HE)
finite element method (FEM)
Streszczenia
Język
pl
Treść
Obróbka plastyczna z dużymi odkształceniami powoduje rozdrobnienie mikrostruktury materiałów co skutkuje wzrostem własności mechanicznych. Aby powstrzymać utratę spójności materiału podczas odkształcania należy zachować duże naprężenia ściskające w strefie odkształcenia. W pracy przedstawiono korzystny wpływ wysokiego ciśnienia na wzrost plastyczności i powstrzymanie pękania poprzez zastosowanie metody przeciskania przez równoosiowy kanał kątowy ECAP i wyciskania hydrostatycznego HE. Opisano konstrukcje pras, ich podstawowe osiągi i parametry procesów. Scharakteryzowano prasę do HE o średnicy 22mm do 2 GPa i stanowisko do procesu ECAP o przekroju 30mm i nacisku do 2.3 GPa, uwzględniając optymalizowanie konstrukcji z wykorzystaniem metod analitycznych opartych o teorię sprężystości i plastyczności Lame’a, oraz metodą elementów skończonych MES. Analizie poddano materiały komór roboczych i podstawowe parametry procesu. Zredukowane naprężenia węzłowe komory ECAP ze stali S600 i komory HE ze stali 45HNMFA wykazały, że wytrzymałości dla maksymalnych obciążeń nie są przekroczone. Dla stopu aluminium 6060 optymalny kąt naroża kwadratowego kanału ECAP wynosi 16º. Przedstawiono, określone metodą MES, niejednorodność odkształcenia plastycznego przy wyciskaniu hydrostatycznym kwadratowego profilu miedzi oraz obszary lokalizacji umocnienia podczas wyciskania złożonego profilu z tytanu. Opisano łatwość łączenia ze sobą obu technik SPD i jego wykorzystania w celu wzmacniania efektu rozdrabniania ziaren do rozmiarów nanometrycznych. Wykazano, ze rozdrabnianie mikrostruktury metodami deformacji pod wysokim ciśnieniem prowadzi do wzrostu wytrzymałości o ponad 70% (miedź i stop tytanu Ti grade 5) oraz granicy plastyczności powyżej 100% (stop niklu C65500 i aluminium 5483). Przedstawiono obszary możliwych zastosowań przetworzonych materiałów jak instrumentarium i implanty medyczne, elementy złączne, oprzyrządowanie spawalnicze czy rury i profile złożone.
Język
en
Treść
Severe plastic deformation working results in refinement of the microstructure of materials, improving their mechanical properties. To prevent loss of the material's cohesion during deformation, high compressive stresses must be maintained in the deformation zone. This article presents the beneficial use of high pressure to increase plasticity and prevent cracking, by applying the equal channel angular pressing(ECAP) and hydrostatic extrusion (HE) methods. Basic press designs, performances, and proces parameters are described. The HE press, with a diameter of 22mm, up to 2 GPa and an ECAP station with a cross-section of 30mm and pressing force up to 2.3 GPa are characterized, with design optimization by means of analytical methods based on Lame's theory of elasticity and plasticity and the finite-element method (FEM). The materials of working chambers and basic process parameters are analyzed. Reduced node stresses of the ECAP chamber, made of S600 steel, and the HE chamber, made of 45HNMFA steel, show that the materials' strength is not overcome at their respective maximum loads. For the 6000 aluminum alloy, the optimal angle of the square corner of the ECAP channel is 16º. Non-uniformity of plastic deformation during hydrostatic extrusion of a square copper section and hardening areas during extrusion of titanium sections determined using FEM are presented. The ease of combining both of these SPD techniques and using them to amplify the grain refinement effect to nanometric dimensions are described. It is shown that refinement of the microstructure by highpressure deformation leads to improvement of strength by over 70% (copper and grade 5 Ti alloy) and yield point above 100% (C65500 nickel and 5483 aluminum alloys). Possible areas of application for worked materials are presented, such as surgical instruments and medical implants, fixing elements, welding tools, pipes and complex sections.
Cechy publikacji
Budowa i eksploatacja maszyn
Inżynieria materiałowa
Machinery construction and operation
Materials science
discipline:Inżynieria materiałowa
discipline:Materials science
Original article
Original article presents the results of original research or experiment.
Oryginalny artykuł naukowy
Oryginalny artykuł naukowy przedstawia rezultaty oryginalnych badań naukowych lub eksperymentu.
Inne
System-identifier
PBN-R:753172