HomeОбработка стали › Технологические особенности прессования жидкостью высокого давления

Технологические особенности прессования жидкостью высокого давления

Технологические особенности прессования жидкостью высокого давленияПри прессовании жидкостью высокого давления необходимые усилия для истечения металла, как правило, значительно меньше, чем при обычных методах прессования. При прессовании алюминия жидкостью усилие составило 450 Мн/м2 (4500 кГ/см2), а в случае прессования с помощью пуансона потребовалось усилие 1,8 Гн/м2 (18 000 кГ/см2).

 

Значительное снижение усилия прессования жидкостью происходит в основном за счет уменьшения сопротивления деформированию в цилиндрической части контейнера и течению в цилиндрической части матрицы. Кроме того, при гидроэкструзии увеличение длины прессуемого слитка не вызывает повышение потребного давления, а при обычном прессовании давление значительно возрастает.

 

Например, при обычном прессовании заготовки из углеродистой стали пуансоном с применением смазки необходимо давление около 1340 Мн/м2 (134 кГ/мм2), а в случае увеличения длины заготовки в шесть раз потребное давление возрастает более чем в 2,5 раза. Как показано в трудах многих исследователей, усилие гидростатического прессования прямо пропорционально твердости материала.

 

В условиях прессования жидкостью высокого давления трение между заготовкой и матрицей значительно меньше, чем при обычном способе прессования. Во время прессования жидкость под высоким давлением проникает между металлом и матрицей, изделие покрывается тонким слоем этой жидкости, что и приводит к уменьшению усилий гидропрессования по сравнению с усилиями обычного прессования.

 

Большое влияние на процесс гидроэкструзии оказывает скорость перемещения жидкости в очаге деформации. Если она будет превышать скорость движения металла, то в поверхностных слоях металла под действием этой жидкости возникнут дополнительные растягивающие напряжения, которые, суммируясь с деформирующими напряжениями, могут превысить предел прочности металла, и тогда наступит его разрушение.

 

Если же напряжение не превышает предела^рочности, то указанные дополнительные растягивающие напряжения понижают усилия, необходимые для осуществления процесса пластической деформации. Усилия прессования с применением жидкости высокого давления понижаются еще и потому, что жидкость,. проникая в межзеренное пространство поверхностного слоя, создает локальные давления на зерна, облегчая процесс пластической деформации (эффект Ребиндера).

 

Оптимальное значение углов колеблется в пределах 0,262-0,785 рад (15- 45°), однако встречаются матрицы с меньшими углами, например 0,175 рад (10°). Для центрирования образца делается верхний конический раструб с углом 0,524 рад (30°). На условия прессования жидкостью высокого давления большое влияние оказывают свойства этой жидкости. Такое важное для смазки свойство, как вязкость, резко меняется под влиянием давления. По данным П. В. Бриджмена и Е. В. Золотых, при давлении около 400 Мн/м2 (4000 кГ/см2) вязкость керосина увеличивается в 50 раз, а трансформаторного масла — в 4500 раз; у воды при этих условиях вязкость увеличивается в 3 раза.

 

Жидкость должна выполнять две функции: создавать давление вокруг заготовки и является смазкой деформируемого металла. Обычно толщина смазочной пленки при комнатной температуре между заготовкой и матрицей во время установившегося движения металла составляет в среднем 8-9 мкм; с увеличением температуры нагрева она несколько увеличивается и, например, при 120° С составляет около 11-22 мкм.

 

Таким образом, для обеспечения смазки необходимо, чтобы при максимальном давлении жидкость обладала достаточно высокой вязкостью, ни не настолько высокой, чтобы мешать передаче полного давления на заготовку. В связи с разным качеством жидкости давление при прессовании одного и того металла в равных условиях может быть различным.

 

Например, опыты, проведенные Б. И. Бересневым, Л. Ф. Верещагиным и др., показали, что при прессовании алюминиевых прутков с помощью гипоидной смазки усилие деформации составляло 375 Мн/м2 (3750 кГ/см2), а при применении керосина или бензина возрастало до 690 Мн/м2 (6900 кГ/см2). Свойство применяемой жидкости также влияет на качество поверхности получаемой заготовки.

 

По данным Б. И. Береснева, при прессовании алюминиевой заготовки трансформаторным маслом получается плохое качество поверхности, при прессовании с применением керосина образец имеет значительно меньше поверхностных дефектов, а при прессовании водой алюминиевых заготовок, покрытых слоем гипоидной смазки, получается хорошая поверхность готового изделия.

 

При прессовании вольфрама, молибдена и их сплавов прочность пленки самой вязкой жидкости может быть недостаточной, чтобы предупредить ее разрушение давлением, возникающим между заготовкой и матрицей. В этих случаях применяют специальную- обработку самой заготовки, покрывая ее слоем твердого смазочного материала. Для покрытия заготовок из тугоплавких металлов обычно применяют медь, цирконий, сернистый молибден и др.

 

В условиях прессования пуансоном наблюдается неравномерное распределение деформации по сечению изделия, в очаге деформации, так как наружные слои под влиянием трения имеют меньшую скорость истечения по сравнению с внутренними (при достижении минимальной длины переднего жесткого конца скорости выравниваются).

 

При прессовании жидкостью высокого давления неравномерность деформации, обусловленная силами трения, резко уменьшается, и можно говорить о практическом ее отсутствии. При этом остается неравномерность деформации, вызываемая формой инструмента, структурной неоднородностью, температурным различием наружных и внутренних слоев и др.

 

Изделия, полученные прессованием жидкостью высокого давления в отличие от прессованных пуансоном, имеют повышенные прочностные свойства и сохраняют пластичность.

Рассмотрим более подробно влияние гидроэкструди-рования на свойства молибдена и его сплавов на основании исследований, проведенных Б. И. Бересневым, Е. Д. Мартыновым, К. Д. Родионовым, Д. К. Булычевым и др. молибденового сплава ВМ-1.

 

Удлинение хотя и уменьшается, но остается все же высоким. Если рассмотреть микроструктуру экструдированного молибдена, то вдоль оси прутка наблюдается резко выраженная текстура протяжки, а в поперечном сечении прутка появляется «вихревая» структура, напоминающая структуру булатной стали. После гидроэкструдирования молибден легко поддается изгибу и прутки из него можно даже свивать в кольцо.

 

При одинаковой степени деформации молибден после гидроэкструзии обладает повышенными механическими свойствами по сравнению с горячепрессованным, что видно из данных. Применение высокотемпературного отжига повышает пластичность гидроэкструдированного молибдена по сравнению с пластичностью горячепрессованного. Например, после отжига при 1800° С гидроэкструдирован-ный молибден со степенью деформации 50-60% имел предел прочности 500 Мн/м2 (50 кГ/мм2), удлинение около 20%, тогда как предел прочности при этих же условиях горячепрессованного молибдена составил 400 Мн/м2 (40 кГ/мм2), а удлинение — около 12%.

 

По данным указанных выше авторов, повышенная пластичность гидроэкструдированного сплава ВМ-1 после отжига главным образом связана с текстурооб-разованием при гидроэкструзии. Высокая однородность деформации при гидроэкструзии создает очень острую аксиальную текстуру деформации с направлением <110> вдоль оси прутка.

 

При наличии указанной текстуры в о. ц. к. металлах после отжига образуется текстура рекристаллизации с тем же преимущественным направлением <110>, причем совершенство текстуры рекристаллизации зависит от совершенства текстуры деформации. Такая текстура весьма выгодна для протекания пластической деформации вдоль оси прутка. При обычном горячем прессовании подобная текстура после рекристаллизации практически отсутствует.

 

 

В случае гидроэкструдирования чистого металлокерамического молибдена и последующего его отжига до полной рекристаллизации при 1200° С наблюдается мелкозернистая равноосная структура с четкой структурой рекристаллизации типа <110>, а после ковки и такого же отжига наблюдается крупное зерно и практически отсутствует текстура рекристаллизации.

 

При температуре отжига более 1600° С в кованом молибдене происходит незначительный рост зерна, а в гидро-экструдированном начинается вторичная рекристаллизация, сопровождающаяся очень интенсивным ростом отдельных зерен за счет поглощения мелких, в результате чего появляются монокристаллические участки. При повышении температуры отжига до 2000° С возникает несколько участков монокристаллов или даже образуется сплошной монокристалл с ориентировкой <110> вдоль оси прутка. Следует отметить, что на образование монокристалла влияет чистота металла.

 

В последнее время в Советском Союзе институтом ВНИИМЕТМАШ созданы установки ВНИИМЕТМАШ-55/85 для гидростатического прессования труднодефор-мируемых материалов при температурах до 1500- 2000° С. На этих установках освоено прессование молибдена и других материалов.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.