Процесс гидроэкструзии как следствие возникновения гидродинамического состояния материала в поле внешнего концентратора напряжений

П. Ю. Волосевич$^{1}$, Д. Л. Ващук$^{1}$, А. А. Давиденко$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина НАН Украины, просп. Науки, 46, 03028 Киев, Украина

Получена: 22.02.2020; окончательный вариант - 02.06.2020. Скачать: PDF

Цель проведенной работы состояла в построении отсутствующей на сегодня физико-механической модели процесса циклической гидроэкструзии. Представленная модель создана на основе современных представлений механики и физики металлов о принципах и закономерностях роста и релаксации напряжений в вершинах концентраторов, не только всегда присутствующих внутри реальных металлических материалов, а и внешних, представленных в случае гидроэкструзии формообразующими матрицами. Экспериментальная часть работы выполнена на инварных сплавах Fe–Ni–C, содержащих 0,03% и 1,23% углерода в условиях гидростатических давлений до 1,6 ГПа. Методами металлографии, электронной микроскопии и дюрометрии исследованы особенности формирования структуры поверхностей и механических свойств хвостовых частей образцов в случаях завершенного и незавершенного последнего цикла двух проходов гидроэкструзии. Полученные результаты демонстрируют роль внешнего концентратора напряжений в образовании и взаимодействии зон пластических и упругих релаксаций, а также гидродинамического состояния материала вдоль поверхностей и внутри образцов в зависимости от величины давления в контейнере экструдера. Появление гидродинамического состояния уменьшает силы трения вдоль стенок матрицы. Это облегчает (делает возможным) процесс гидроэкструзии с одной стороны, а с другой — обеспечивает выход (выброс) вдоль цилиндрической поверхности образца материала в направлении его хвостовой части на заключительном этапе последнего цикла прохода. В случае незавершенного прохода этот процесс реализуется в условиях значительно меньшего ослабления несущей способности хвостовой части. Это сопровождается вспучиванием её поверхности под влиянием противодействующего давления гидродинамического состояния внутренней части образца и образованием значительно упрочнённой «головки», которая останавливает экструзию. Результаты, полученные при помощи предложенной модели, хорошо согласуются с экспериментальными и теоретическими данными, что позволяет прогнозировать происходящие процессы.

Ключевые слова: гидроэкструзия, инвар, концентраторы напряжений, гидродинамическое состояние, хрупкое разрушение, трение.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i08/1149.html

PACS: 61.72.Lk, 62.20.-x, 62.20.M-, 62.50.-p, 81.40.Vw, 83.50.Uv, 83.60.Uv


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. В. И. Зайцев, Физика пластичности гидростатически сжатых кристаллов (Киев: Наукова думка: 1983).
  2. В. А. Белошенко, В. Н. Варюхин, В. З. Спусканюк, Теория и практика гидроэкструзии (Киев: Накова думка: 2007).
  3. ГОСТ 21318-82, Измерение микротвердости царапанием алмазными наконечниками (Москва: Изд-во стандартов: 1983).
  4. П. Ю. Волосевич, Зб. наук. праць 5-ї Міжнародної конференції «Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій» (24–27 червня 2014 р.) (Львів: ТОВ «Простір-М»: 2014), с. 157.
  5. П. Ю. Волосевич, Успехи физики металлов, 12, № 3: 367 (2011). Crossref
  6. П. Ю. Волосевич, А. В. Шиян, Cталь, № 6: 58 (2015).
  7. П. Ю. Волосевич, Успехи физики металлов, 19, № 2: 223 (2018). Crossref
  8. В. И. Засимчук, Е. Э. Засимчук, Ю. Г. Гордиенко, Металлофиз. новейшие технол., 36, № 4: 445 (2014). Crossref
  9. E. E. Zasimchuk and L. I. Markashova, Mater. Sci. Eng. A, 127: 33 (1990). Crossref
  10. В. М. Надутов, Д. Л. Ващук, П. Ю. Волосевич, Е. А. Свистунов, В. А. Белошенко, В. З. Спусканюк, А. А. Давиденко, Металлофиз. новейшие технол., 34, № 3: 395 (2012).
  11. В. М. Надутов, Д. Л. Ващук, П. Ю. Волосевич, В. А. Белошенко, В. З. Спусканюк, А. А. Давиденко, Физика и техника высоких давлений, 22, № 2: 125 (2012).