Delist.ru

совершенствование технологии волочения (05.09.2007)

Автор: Трофимов Виктор Николаевич

Особенности эксплуатации композиционных электропроводников определяют и требования к заготовке, получаемой волочением (рис.2).

Рис.2. Требования к заготовке для композиционных электропроводников

При волочении заготовок традиционных электропроводников и особенно проводников СМС на основе Nb3Sn, в которых в качестве матрицы используются бронзы с содержанием олова до 14%, имеющие низкую пластичность и трещиностойкость, основной задачей является обеспечение целостности сердечника, оболочек и ниобиевых волокон. При волочении заготовок для СМС на основе сплавов NbTi также нужно обеспечить дефектность структуры, обеспечивающую необходимую плотность центров пиннинга после окончательного отжига.

Традиционный метод проектирования маршрутов многопереходного волочения не учитывает различие пластических свойств и условий деформирования слоев композиционных заготовок, что ведет к различию скорости увеличения плотности линейных и планарных дефектов структуры (дислокаций, субмикро- и микротрещин), накопления латентной энергии и наступлению момента их разрушения, и не рассматривает возможность формирования структуры с заданной плотностью дефектов. Поэтому задача обеспечения целостности каждого из элементов композиционного проводника и управление уровнем дефектности структуры при пластической деформации, в частности, при тонком волочении, когда стоимость заготовки существенно возрастает, является актуальной задачей.

Прогнозирование разрушения и управление уровнем дефектности при пластической деформации и последующем упругом нагружении осуществляется на основе критериев разрушения и поврежденности.

В расчетах на трещиностойкость широкое применение получил силовой критерий линейной механики разрушения

- действующее растягивающее напряжение; Y – коэффициент.

, основанных на таких опытах, показал, что они имеют недостатки, затрудняющие их использование в практических расчетах.

, основанный на модели линейного накопления поврежденности (Колмогоров В.Л.). Однако, как показано в работах Колмогорова В.Л., Богатова А.А., Смирнова С.В., Мигачева Б.А., Бурдуковского В.Г., процесс накопления поврежденности является нелинейным.

Анализ известных критериев разрушения и моделей накопления поврежденности позволил сформулировать требования к критериям, которые можно использовать для прогнозирования уровня дефектности и разрушения металла.

Основным препятствием на пути повышения качества изделий при волочении является внешнее трение. Различают граничный (ГРТ), смешанный (СРТ) и гидродинамический (ГДРТ) режимы трения.

Рис.3. Сечение тонкой медной проволоки с никелевой оболочкой

Волочение композиционных заготовок в режиме ГРТ часто малоэффективно. Так при волочении биметаллической проволоки стойкость алмазных волок резко снижается, по сравнению с волочением медной проволоки, искажается профиль калибрующей части канала волок (рис.3), наблюдается интенсивный кольцевой износ, разрушение защитной оболочки и высокая обрывность проволоки.

Радикальным способом снижения сил трения при волочении является реализация режима ГДРТ, исследованию которого посвящены работы Д. Кристоферсона, Х. Найлора, Х. Татерсола, Недовизия И.Н., Белоусова А.С., Владимирова Ю.В., Перлина И.Л., Колмогорова В.Л., Колмогорова Г.Л. и др. Однако при среднем и тонком волочении длинномерных заготовок из цветных металлов с использованием дорогостоящего алмазного волочильного инструмента, при высоких требованиях к гладкости поверхности, форме и точности размеров по-перечного сечения и наличию поверхностных и внутренних дефектов готового изде-лия, предпочтительнее волочение в режиме СРТ с использованием жидких смазок.

Анализ современного состояния теории и технологии волочения позволил сформулировать цель диссертационного исследования: совершенствование технологии волочения композиционных электропроводников путем прогнозирования и управления уровнем дефектности на основе критериев разрушения и поврежденности, учитывающих влияние технологических параметров процесса волочения и условий трения (рис.4).

Рис.4. Критерии, условия и технологические параметры прогнозирования

и управления при волочении композиционных электропроводников

Во второй главе предложены условие безобрывности и технологический критерий поврежденности для проектирования маршрута многопереходного волочения композиционной заготовки.

Условие безобрывности

При волочении планарные дефекты, образующиеся в очаге пластической деформации, ведут к разрушению (обрыву) переднего конца заготовки, который находится в условиях одноосной упругой деформации растяжения.

Процесс образования и роста трещины обусловлен пластической деформацией в локальном объёме V, имеющем форму дислокационного скопления, например, сферы, в котором латентная энергия достигает критического значения.

, может быть определена

в момент достижения максимальной скалярной плотности дислокаций, получим критерий разрушения в виде

- коэффициент Пуассона.

может быть представлена в виде

Используя понятие «структурной ячейки», применяемое в механике разрушения композиционных материалов, и принимая, что её размер изменяется пропорционально изменению диаметра заготовки, с учетом критерия (1) получим условие безобрывности переднего конца заготовки при многопереходном волочении композиционных заготовок

сводится к поиску минимума квадратичной функции

- сопротивление деформации i-го и наружного слоя заготовки).

Критерий поврежденности

- коэффициент.

- степень деформации сдвига.

Запишем кинетическое уравнение для i-го этапа деформирования

, имеет вид

в момент разрушения.

, из (4) получим условие (критерий) деформирования без разрушения

Условие (5) проверяется на каждом этапе деформирования.

может быть определен

где Е1, Е2, Е3 – коэффициенты, k- показатель напряженного состояния.

показала, что он может быть использован для решения практических задач обработки металлов давлением.

Учитывая, что плотность планарных дефектов при пластической деформации изменяется на несколько порядков, для прогнозирования уровня дефектности при проектировании процесса многопереходного волочения используем технологический критерий поврежденности

загрузка...