Совершенствование технологии изготовления колец из титанового сплава ВТ6 путем определения рациональных режимов деформирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат наук Алимов, Артем Игоревич

  • Алимов, Артем Игоревич
  • кандидат науккандидат наук
  • 2017, Москва
  • Специальность ВАК РФ05.02.09
  • Количество страниц 163
Алимов, Артем Игоревич. Совершенствование технологии изготовления колец из титанового сплава ВТ6 путем определения рациональных режимов деформирования: дис. кандидат наук: 05.02.09 - Технологии и машины обработки давлением. Москва. 2017. 163 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Алимов, Артем Игоревич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Основные методы изготовления колец

1.2. Технология раскатки колец

1.3. Методы расчета параметров раскатки колец

1.4. Прогнозирование эволюции микроструктуры титановых

сплавов при горячей обработке давлением

Выводы по первой главе

Глава 2. Разработка математической модели технологического

процесса раскатки колец из сплава ВТ6

2.1. Основные допущения

2.2. Математическая модель пластической деформации

2.3. Математическая модель теплопередачи

2.4. Модель трения

2.5. Методика прогнозирования микроструктуры сплава ВТ6 при обработке давлением

2.6. Конечно-элементная модель ковки заготовки

2.7. Конечно-элементная модель раскатки колец

2.8. Анализ влияния учета теплопроводности инструментов на результаты решения тепловой задачи

Выводы по второй главе

Глава 3. Экспериментальные исследования

3.1. Используемые материалы, методы и оборудование

3.2. Определение температуры полного полиморфного

превращения сплава ВТ6

Стр.

3.3. Идентификация реологической модели сплава ВТ6 при горячей

обработке давлением

3.4. Определение фактора трения сплава ВТ6 с инструментом

3.5. Исследование статической глобуляризации сплава ВТ6

3.6. Идентификация параметров математической модели динамической глобуляризации сплава ВТ6

Выводы по третьей главе

Глава 4. Исследование технологического процесса изготовления

колец

4.1. Исследование технологического процесса ковки

4.2. Исследование технологического процесса раскатки колец

Выводы по четвертой главе

Глава 5. Использование результатов работы

5.1. Методика проектирования технологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6 с учетом изменения микроструктуры

5.2. Разработка технологии изготовления заготовки армирующего кольца сильфона ракетного двигателя РД-171

5.3. Моделирование изменения микроструктуры при формовке

резьбы ниппеля шельфовых труб из сплава ВТ6

Выводы по пятой главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технологии и машины обработки давлением», 05.02.09 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии изготовления колец из титанового сплава ВТ6 путем определения рациональных режимов деформирования»

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшим показателем уровня промышленного развития государства является возможность создания особо ответственных изделий машиностроения. Совокупность показателей качества изделий выступает как главнейший результат совершенствования производства [26].

Одними из наиболее широко применяемых материалов в аэрокосмической отрасли являются титановые сплавы [111]. Например, титановые сплавы составляют 7 % в конструкции фюзеляжа и 36 % в двигателе гражданского самолета Airbus A330/340 [153], 33 % в конструкции истребителя F-22 «Raptor» [46].

В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению доли использования титановых сплавов в гражданском самолетостроении. С 2006 по 2015 год потребление титана в гражданском самолетостроении увеличилось более чем в 2 раза [7]. Аналогичная тенденция наблюдается в ракетостроении и производстве боевых самолетов.

Наиболее широко используемым титановым сплавом является сплав ВТ6, который применяют при температуре до 350 °C [7; 44; 116]. Из этого сплава производят детали авиационных и ракетных двигателей, насосно-компрессорные трубы (НКТ) для шельфовых месторождений, оборудование химической промышленности, машиностроения и энергетики. При этом особый класс деталей составляют кольца, являющиеся в большинстве своем особо ответственными.

Одним из основных методов производства деталей из титановых сплавов является обработка давлением. Это связано с тем, что для многих титановых сплавов пластическая деформация является не только способом формоизменения, но и средством получения требуемой микроструктуры в отличие от большинства сталей и алюминиевых сплавов, в которых требуемую микроструктуру можно получить термической обработкой [17; 72].

Выбор правильных режимов деформации и термообработки для титановых сплавов особенно важен, так как их механические свойства очень сильно зависят

от типа и параметров микроструктуры [7; 27; 55; 63; 81; 97; 104; 116; 124; 136]. При неправильном выборе режима деформации в титановых сплавах могут произойти необратимые микроструктурные изменения, которые нельзя будет исправить термической обработкой [59; 81].

Изучением технологических процессов изготовления колец из различных конструкционных материалов, в том числе из титановых сплавов, занимались А.И. Целиков [29], П.И. Полухин [4; 10; 11; 24], В.А. Костышев и И.Л. Шитарев [16; 17], К.Н. Богоявленский [3], А.А. Королев [15], С.А. Микульчик [18], Е.В. Арышенский [1], E. Eru? и R. Shivpuri [65; 66; 143], J.B. Hawkyard [35; 101], W. Johnson [86], A.G. Mamalis [101] и другие исследователи. Исследованием общих закономерностей формирования микроструктуры в титановых сплавах занимались Н.Ф. Аношкин [23; 27; 28], В.К. Александров [23], Г.А. Бочвар [23; 28], А.А. Ильин [7], S.L. Semiatin [137; 138; 140; 141], G. Lütjering [97], N. Stefansson [141; 145; 146] и другие.

Низкая теплопроводность и высокий фактор трения титановых сплавов являются причиной локализации деформации и формирования неоднородной структуры. При этом в зонах интенсивной деформации за счет теплового эффекта деформации температура металла может значительно превышать температуру фазового превращения сплава. Из-за колебаний химического состава температура полного полиморфного превращения сплава ВТ6 может изменяться от 930 до 1010 °С. Указанные факторы приводят к нестабильности получаемой микроструктуры поковок из сплава ВТ6, что, в свою очередь, приводит к нестабильности получаемых механических свойств.

Таким образом, работы, направленные на повышение стабильности механических свойств колец из титановых сплавов, являются актуальными.

Целью работы является обеспечение стабильности механических свойств раскатанных колец из титанового сплава ВТ6 за счет управления технологическим процессом обработки давлением.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ методов изготовления колец из титановых сплавов и технологических факторов, влияющих на механические свойства колец из титановых сплавов;

- разработать математическую модель технологического процесса изготовления колец из титановых сплавов с учетом изменения микроструктуры;

- экспериментально определить параметры и коэффициенты математической модели технологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6;

- исследовать влияние параметров технологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6 на формоизменение, энергосиловые параметры и микроструктуру;

- разработать методику проектирования технологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6 с учетом изменения микроструктуры.

Область исследования (по паспорту специальности). Закономерности деформирования материалов и повышения их качества при различных термомеханических режимах, установление оптимальных режимов обработки.

Объектом исследования является технология получения колец из титановых сплавов. В качестве предмета исследования выбраны параметры режима деформации при ковке и раскатке колец из титанового сплава ВТ6.

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на современном сертифицированном оборудовании. Определение химического состава проводилось на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 3 и спектрометре Спекс Лаэс Матрикс Континуум. Механические испытания проводились на универсальной испытательной машине Zwick/Roell Z050 и комплексе Gleeble-3800. Заливка образцов для металлографических исследований осуществлялась на установке для заливки образцов Struers CitoPress-20, шлифовка и полировка проводилась на полуавтоматическом шлифовально-полировальном станке Struers Tegramin-30. Металлографические исследования проводились при помощи микроскопа Olympus GX51,

оборудованного специализированной цифровой камерой высокого разрешения UC30. Обработка изображений проводилась в бесплатных программах ImageJ 1.49v, IrfanView, Microsoft Image Composite Editor. Средний размер зерен рассчитывался методом подсчета пересечений границ зерен и методом измерения длин хорд, доля глобулярной а-фазы в бимодальной структуре определялась путем наложения сетки с размером ячейки 5х5 мкм.

Теоретические исследования базировались на положениях теории пластичности и теории обработки металлов давлением. Исследование проводилось путем математического моделирования в программном комплексе DEFORM 2D/3D 11.0 (лицензия № 8144) с использованием метода конечных элементов.

Все исследования проводились с использованием методов активного планирования экспериментов и многофакторного регрессионного анализа.

Достоверность результатов подтверждается многочисленными экспериментами, проведенными на современном оборудовании.

Научную новизну представляют следующие результаты:

- конечно-элементная модель технологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6, позволяющая определять напряженно-деформированное состояние заготовки, температуру и параметры микроструктуры на любой стадии технологии изготовления колец;

- методика прогнозирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 при обработке давлением, учитывающая динамическую глобуляризацию, прямое и обратное полиморфное превращение;

- зависимости, позволяющие определять величину средней объемной доли глобулярной структуры от начальной температуры ковки, времени выдержки между ударами и степени деформации при осадке.

Практическую значимость представляют следующие результаты:

- методика проектирования технологического процесса изготовления колец из сплава ВТ6, учитывающая изменение микроструктуры в процессе обработки давлением;

- пользовательские подпрограммы для программных комплексов DEFORM и QForm для расчета объемной доли глобулярной структуры сплава ВТ6 при обработке давлением;

- параметры режима технологии изготовления заготовки армирующего кольца сильфона ракетного двигателя РД-171 из сплава ВТ6, обеспечивающие формирование глобулярной микроструктуры.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на следующих конференциях и научных семинарах:

- Четвертая Всероссийская научно-техническая конференция «Студенческая весна 2011: Машиностроительные технологии». Москва (МГТУ им. Н.Э Баумана), 2011;

- Международная научно-практическая конференция «Инженерные системы-2011». Москва (РУДН), 2011;

- Международная научно-практическая конференции «Теоретические и прикладные задачи обработки металлов давлением и автотехнических экспертиз». Винница, Украина (ВНТУ), 2011;

- Всероссийская научно-техническая конференция «Студенческая научная весна 2012: Машиностроительные технологии». Москва (МГТУ им. Н.Э Баумана), 2012;

- Международный форум «Инженерные системы-2012». Москва (МИВЦ «ИнфоПространство»), 2012;

- XI Конгресс «Кузнец-2012». Рязань (ОАО «Тяжпрессмаш»), 2012;

- XVI Международная научно-техническая конференция «Достижения и проблемы развития технологий и машин обработки давлением». Краматорск, Украина (ДМГА), 2013;

- Международный форум «Инженерные системы-2015». Москва (МИВЦ «ИнфоПространство»), 2015;

- VI Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». Москва (МГТУ им. Н.Э Баумана), 2015.

Публикации. Основное содержание работы изложено в 16 научных работах общим объемом 4,93 печ. л., в том числе 5 в изданиях, входящих в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста, общих выводов. Общий объем диссертации составляет 160 страниц. Диссертация содержит 156 рисунков, 19 таблиц и список литературы из 164 наименований.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса на 20142020 г.» при государственной поддержке Минобрнауки по Соглашению № 14.576.21.0030 от 30.06.2014 г. Уникальный идентификатор проекта КРМБЕ1 57614X0030.

Автор выражает благодарность заведующему лабораторией кафедры РК5 МГТУ им. Н.Э. Баумана Редникину А.Н. за предоставленную возможность проведения механических испытаний, заведующему лабораторией кафедры МТ8 МГТУ им. Н.Э. Баумана Ишуниной Н.В. и инженерам кафедры МТ8 МГТУ им. Н.Э. Баумана Волощенко Н.И. и Черторыльской Е.Г. за помощь в подготовке металлографических образцов, инженеру Zwick GmbH & Co KG Киму В.Г. за техническую поддержку, инженеру кафедры МТ6 МГТУ им. Н.Э. Баумана Тамарису Ю.И. и доценту кафедры МТ6 МГТУ им. Н.Э. Баумана Майстрову Ю.В. за содействие в изготовлении экспериментальной оснастки, а также доценту кафедры МТ6 МГТУ им. Н.Э. Баумана Шитикову А.А. и профессору кафедры МТ6 МГТУ им. Н.Э. Баумана Власову А.В. за ценные советы и замечания по диссертации.

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Основные методы изготовления колец

Кольцевые детали находят широкое применение в промышленности в качестве вращающихся и неподвижных элементов машин. Как правило, кольца являются высоконагруженными ответственными деталями, поэтому к ним предъявляются повышенные требования к точности, механическим и эксплуатационным свойствам, макро- и микроструктуре, шероховатости.

Основными методами производства колец в настоящее время являются радиальная и радиально-осевая раскатка, штамповка на горизонтально-ковочных машинах, ковка и штамповка на молотах, штамповка на прессах и горячештамповочных автоматах.

На горизонтально-ковочных машинах изготавливают заготовки колец в диапазоне от 40 до 240 мм по наружному диаметру и массе от 0,2 до 15 кг в условиях мелкосерийного и массового производства [2; 13; 25].

Ковку применяют для получения заготовок колец, а также крупных поковок в условиях единичного или мелкосерийного производства, когда их изготовление другими методами нецелесообразно [2; 13; 25].

Штамповка кольцевых заготовок на молотах имеет сравнительно ограниченное распространение вследствие невысокой точности и относительно больших кузнечных припусков [25].

В условиях крупносерийного и серийного выпуска заготовок колец с наружным диаметром от 50 до 160 мм широко используется штамповка на многопозиционных горячештамповочных автоматах, а колец с наружным диаметром от 70 до 300 и массой от 0,2 до 20 кг - на полуавтоматических горячештамповочных линиях [2; 25].

Радиальная и радиально-осевая раскатка позволяет получать кольца с наружным диаметром от 75 мм до 8 м, высотой от 15 мм до 2 м и массой от 0,4 кг до 82 т [65; 66].

Кольца из титановых сплавов, используемые в аэрокосмической отрасли, как правило, имеют наружный диаметр от 240 до 980 мм, высоту от 70 до 210 мм и толщину стенки от 16 до 48 мм [40], поэтому наиболее рациональным методом изготовления колец из титановых сплавов является раскатка.

1.2. Технология раскатки колец

Раскатка колец является высокопроизводительным технологическим процессом для получения бесшовных колец с наружным диаметром от 75 мм до 8 м, высотой от 15 мм до 2 м и весом от 0,4 кг до 82 т [65]. Современные раскатные машины позволяют раскатывать кольца типа дисков с соотношением толщины стенки к высоте до 16/1 и кольца типа втулок с соотношением толщины стенки к высоте до 1/16 на одной раскаткой машине. Если раскатка производится с подогревом, можно получить кольца с соотношением характерных размеров поперечного сечения до 1/28 [40; 65].

Раскатка колец осуществляется на специальных раскатных машинах (станах), имеющих одну (радиальная раскатка) или две (радиально-осевая раскатка) клети (Рисунок 1.1). Нагретая до температуры деформации заготовка устанавливается на оправку. В радиальной клети деформация заготовки осуществляется путем поступательного движения оправки к главному валку и вращения главного валка. Использование осевой клети значительно расширяет технологические возможности машины за счет деформации кольца по высоте при помощи осевых валков. Для согласования окружной скорости точек торцевой поверхности кольца и осевых валков последние выполняют коническими. По мере увеличения диаметра кольца осевые валки смещаются для предотвращения проскальзывания кольца в осевой клети. Приводными являются главный и осевые валки, а оправка вращается за счет действия сил трения с заготовкой.

Хотя радиально-осевая раскатка позволяет получать кольца как с прямоугольным сечением, так и профильные с низкими припусками, до сих пор значительное количество колец, особенно прямоугольного сечения,

раскатывают на радиальных раскатных машинах. Это связано, в первую очередь, с высокой стоимостью радиально-осевых раскатных станов. Дальнейшее описание процесса раскатки колец будет вестись в большей степени для радиальной раскатки.

а)

б)

Рисунок 1.1. Схема радиальной (а) и радиально-осевая (б) раскатки колец [60]

Для обеспечения округлости кольца и повышения стабильности процесса применяются центрирующие (опорные) валки (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Схема процесса раскатки колец [157]

Технологический процесс изготовления колец состоит из получения заготовки и раскатки. Заготовки для раскатки колец в зависимости от размеров и серийности производства получают штамповкой на горизонтально-ковочных машинах, штамповкой на горячештамповочных автоматах, ковкой на молоте или гидропрессе [13]. Заготовки для раскатки колец из титановых сплавов чаще всего получают ковкой на молоте или специализированном гидравлическом прессе за три операции: осадка, прошивка и пробивка (Рисунок 1.3).

■-1

кантовка

Рисунок 1.3. Последовательность ковки заготовки для раскатки [155]

Геометрический очаг деформации при раскатке колец, как и при продольной прокатке, ограничен дугами захвата, торцевыми поверхностями кольца и плоскостями входа и выхода металла из валков (Рисунок 1.4). Процесс раскатки обеспечивается наличием сил трения, действующими между поверхностями валков и кольца. При раскатке на металл действуют момент 7\ и сила со стороны главного валка, а со стороны оправки - сила Р2.

Кинематика течения металла при раскатке колец очень похожа на продольную прокатку. Подробный анализ процесса раскатки колец с точки зрения классической теории прокатки проведен С.А. Микульчиком [18]. Однако расчеты, справедливые для продольной прокатки, не могут быть использованы для расчетов раскатки колец по ряду причин:

- раскатка осуществляется за несколько оборотов кольца с обжатиями значительно меньшими, чем при продольной прокатке;

- диаметры главного валка и оправки не равны, что приводит к разным длинам дуг контакта;

- условия контактного трения на главном валке и оправке различаются, так как приводным является только главный валок;

- кольцо имеет замкнутый профиль, переменную кривизну и определенную жесткость;

- центрирующие валки оказывают воздействие на заготовку.

радиальной раскатке колец (б, [93])

Основными дефектами при раскатке колец являются овальность, утяжина (Рисунок 1.5), конусность, волнистость, полигональная форма (Рисунок 1.6) [65; 66; 110].

Рисунок 1.5. Дефект «утяжина» при раскатке колец [65]

Рисунок 1.6. Полигональная форма кольца после раскатки [110]

1.3. Методы расчета параметров раскатки колец

Методы расчета параметров раскатки колец можно разделить на эмпирические [12; 13; 25; 93; 125], аналитические и численные.

К аналитическим методам, используемым для расчета параметров раскатки колец, относятся:

- метод верхней оценки [34; 37; 77; 78; 86; 114; 115; 133; 152; 162];

- метод линий скольжения [35; 102];

- вариационный метод [96].

Аналитические методы ограниченно использовались для анализа процессов раскатки колец из-за невысокой точности расчетов, которая обусловлена большим количеством вводимых допущений:

- плоское деформированное состояние тела;

- схематизация очага деформации;

- жесткопластическая модель материала без учета упрочнения и разупрочнения;

- отсутствие дефектообразования;

- постоянство температуры заготовки и отсутствие теплообмена с окружающей средой и инструментами.

Избежать введения большинства перечисленных выше допущений позволяет метод конечных элементов. В настоящее время он является наиболее универсальным численным методом, который нашел широкое применение при анализе процессов раскатки колец [31-33; 36; 38; 52; 54; 56; 58; 62; 64; 69; 70; 73-76; 80; 82; 84; 85; 87; 88; 91; 92; 110; 113; 119-121; 126; 129-132; 135; 148150; 154; 155; 159; 161; 163; 164].

1.3.1. Эмпирические методы

Эмпирические расчеты позволяют определять параметры раскатки колец на основе полученных экспериментально зависимостей, т.е. без анализа напряженно-деформированного состояния и кинематики течения материала.

В работе Lin и Zhi [93] были определены критические значения параметров режима раскатки колец. Так как при малых обжатиях Ah очаг пластической деформации располагается вблизи контактной поверхности заготовки с валками, имеется жесткая зона на средней поверхности кольца, в результате чего кольцо не может увеличиваться в диаметре. Поэтому для возможности раскатки колец очаг пластической деформации должен проникать на всю толщину стенки кольца. Это возможно при следующем условии (Рисунок 1.4):

H™ 1

т (1.1)

8,74'

где Нт - средняя высота очага пластической деформации, мм; Ь - проекция дуги контакта на ось прокатки, мм.

Длина проекции дуги контакта на ось раскатки:

L = M

2A h

1,1,1 1' R±+ R2 + R г (1.2)

где - радиус главного валка, мм;

И2 - радиус оправки валка, мм;

Я - проекция дуги контакта на ось прокатки, мм;

г - проекция дуги контакта на ось прокатки, мм.

Минимальное обжатие, при котором очаг пластической деформации проникает на всю толщину кольца, можно определить следующим образом:

АНт1п = 6,55 х ^ (£ - -I)2 (± + -1 +1-1) (1.3)

Из условия захвата кольца валками определяется максимальное возможное обжатие:

2В2Я1 (1 1 11 Ыг н 1 1 ■ ■

^тах

(1 +я

(1 1 1 1\ тшк+ж+^т) (14)

где Р - угол трения между кольцом и валками, рад.

Пренебрегая проскальзыванием кольца в калибре, обжатие можно определить так:

V Я

ЛЛ = --, 0.5)

где V - скорость подачи оправки, мм/с;

п - частота вращения главного валка, об/мин.

Таким образом, критические скорости подачи оправки будут равны:

^тт

, Я? (Я г\2/1 1 1 1\ „

= 6,55x10—- —) ( —+ —+ 7Г--) (16)

Я \Я± Яг) \Я± Я2 Я г/

Vтах

Я(1 + и

2В2пЯ? ( 1 1 1 1\ , ч

--—Л—+ —+---1 (1.7)

Я1/Я2)2\Я1 Я2 Я г) К )

Для выполнения условия Актах > АНт1П необходимо выполнение следующего неравенства:

1 1 17,5 в

— + — <-- (1.8)

Яг Я2 Я-г к J

В работе А.И. Спришевского [25], справочниках под ред. М.В. Сторожева [12] и Е.И. Семенова [13] приведен расчет заготовки для колец прямоугольного сечения по следующим формулам:

D= y +sK (1.9)

3 npKsB v 7

QSy

d3=e-SK' (110)

где Q - масса кольца, кг;

p - плотность металла заготовки, кг/м3;

К - коэффициент суммарного обжатия;

Sy - коэффициент угара;

5 - толщина стенки кольца после раскатки, мм.

1.3.2. Метод верхней оценки

Метод верхней оценки основан на применении кинематической теоремы теории пластичности и принципа минимума полной мощности к кинематически возможному полю скоростей в деформируемом теле. Методом верхней оценки рассчитывались как кольца прямоугольного сечения [86; 114; 115; 133; 162], так и профильные [34; 77; 78; 152].

В работе Johnson и Needham [86] авторы предложили представить процесс раскатки как внедрение жестких тел в деформируемый материал кольца (Рисунок 1.7) с образованием одного или двух пластических шарниров. Очаг деформации располагается между пуансонами и находится в состоянии одноосного сжатия, при этом течение металла осуществляется в направлении, перпендикулярном движению бойков. Материал кольца вне очага деформации поворачивается как жесткое целое вокруг пластических шарниров.

На основе предложенной модели было получено выражение для силы раскатки:

F = 2kb

(111)

где к - постоянная пластичности, МПа;

Ь - ширина бойков, мм;

р - давление, препятствующее течению металла, МПа;

В - ширина кольца, мм.

В работе Ryoo и Yang [133] была найдена верхняя оценка момента при раскатке L-образного кольца.

Было предложено более реалистичное описание очага деформации (Рисунок 1.8). Нейтральная линия параметрически описывалась через контуры главного валка и оправки. Положение нейтрального сечения, в котором отсутствует проскальзывание кольца и валков, определяется координатой Ln.

Рисунок 1.7. Модель внедрения жестких тел с образованием одного (а) или двух

(б) пластических шарниров [86]

Для решения были введены следующие допущения:

- течение металла в направлении оси кольца отсутствует;

- длины дуг контакта с главным валком и оправкой равны;

- входное и выходное сечения, ограничивающие очаг деформации, являются плоскостями.

Были введены следующие граничные условия:

- скорость точек ¥х в каждом сечении не зависит от ординаты;

- на центральной линии зазора между валками находится нейтральная линия, на которой скорость ¥у равна нулю;

- на границе обоих валков скорость Уу достигает максимального значения, равного половине скорости подачи оправки.

Рисунок 1.8. Параметризация очага пластической деформации [133]

Применяя теорему о верхней оценке, авторы получили выражение для верхней оценки момента раскатки:

^ * _

Г • 2g(Ln)^R1-(Ln-L)

HqV0

(1.12)

У*

верхняя оценка полной мощности, Вт.

Минимизация полной мощности сводится к нахождению положения нейтрального сечения.

В работах Ryoo et al. [133], Yang и Ryoo [162] была предложена концепция эквивалентного коэффициента трения ßeq, который определяется как отношение силы трения на главном валке к нормальной силе на оправке (Рисунок 1.9).

Координата х определяет точку приложения равнодействующей силы на поверхности контакта кольца и главного валка.

Рисунок 1.9. Схема действия сил при раскатке кольца [162]

Авторами вводится допущение, что поле скоростей состоит из двух частей, т.е. скорость, определяемая подачей оправки, накладывается на скорость, обусловленную вращением главного валка.

Верхняя оценка момента раскатки выглядит следующим образом:

^ * _

У*

2пп(^ +

(1.13)

Было проведено экспериментальное исследование, позволившее установить, что предложенная модель позволяет предсказывать момент раскатки с достаточно высокой точностью (Рисунок 1.10).

Рисунок 1.10. Расчетный и экспериментальный момент раскатки [162]

В работах Parvizi и Abrinia [114; 115] была введена переменная скорость точек Vx в каждом сечении, так как с изменением радиуса вращения должна изменяться окружная скорость.

Было получено следующее выражение для верней оценки силы раскатки:

р* =

r-m-ß=(L-2Ln)Rin

(114)

v

где т

фактор трения; напряжение течения, МПа.

Предложенная модель сравнивалась с экспериментальными данными из работы Ryoo et а1. [133]. Было установлено, что модель позволяет предсказывать силу раскатки с удовлетворительной точностью (Рисунок 1.11).

Рисунок 1.11. Расчетные и экспериментальные значения силы раскатки [114]

В работах Л1&2ап и ОишБекега [34], Ranatunga et а1. [152] предложено решение для раскатки профильного кольца, сечение которого было представлено как совокупность прямоугольных и треугольных элементов. Авторами работы Ranatunga et а1. [152] разработана программа, позволяющая рассчитать силу раскатки и определить конечную форму кольца.

Рисунок 1.12. Начальная (а) и конечная (б) форма кольца из Ti-6Al-4V [152]

В работах Hahn и Yang [77; 78] решение Yang et al. [37] было усовершенствовано для расчета профильных колец с прямоугольными выступами, а также для колец произвольного профиля. Введен новый элемент в виде треугольника с границей произвольной формы, которая задается функцией.

Было установлено, что предложенная модель с удовлетворительной точностью предсказывает момент раскатки и высоту профиля, однако точность расчета среднего диаметра кольца невелика (Рисунок 1.13).

а)

0.5

"5 0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

. ÜBET

. — ISR

---OSR

" EXPERIMENT MJ

. „-, ISR

•-• OSR У

1 1 1 1 I 1 1

10 20 30 40

50 60 70

THICKNESS REDUCTION

в)

С= 15

Z 10

ÜBET - ISR "---OSR - EXPERIMENT [4) - »-• ISR *--- OSR / / / / / / / / /

--L ±. - / . / / / / / / / Л / / у? У У ysyy У iT^yy У ■ 1 1

10 20 30

40 50 60 70

THICKNESS REDUCTION (%)

б)

0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0

ÜBET

--ISR

---OSR j-*-""*--*

EXPERIMENT [4j

- --° ISR

_____. OSR y/:

г)

0 10 20 30 40 50 60 70 THICKNESS REDUCTION (%)

Рисунок 1.13. Момент (а), высота профиля (б), средний диаметр (в) при раскатке колец с внутренней и внешней канавкой (г) [77]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алимов, Артем Игоревич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арышенский Е.В. Разработка методики расчета накопленной деформации при горячей раскатке колец ГТД с учетом междеформационных пауз : дис. ... канд. техн. наук. Самара: Сам. гос. аэрокосм. ун-т, 2009. 136 с.

2. Белокуров О.А. Разработка методики проектирования технологического процесса штамповки кольцевых поковок с направленным волокнистым строением : дис. ... канд. техн. наук. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 204 с.

3. Богоявленский К.Н., Лапин В.В. Холодная раскатка кольцевых деталей // Кузнечно-штамповочное производство. 1973. № 2. С. 18-19.

4. Влияние соотношения диаметров валков на основные параметры процесса раскатки колец / П.И. Полухин [и др.] // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1972. № 7. С. 80-82.

5. ГОСТ 5639-82 Стали и сплавы. Методы выявления и определения размера зерна.

6. ГОСТ 8817-82 Металлы. Метод испытания на осадку.

7. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. Москва: ВИЛС-МАТИ, 2009. 520 с.

8. Инструкция «Металлографический анализ титановых сплавов»: Утв. ВИАМ от 10 февраля 1974 г., № 1054-76.

9. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Москва: Энергоиздат, 1981. 415 с.

10. Исследование уширения при прокатке колец / П.И. Полухин [и др.] // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1972. № 9. С. 69-71.

11. Исследование энергосиловых параметров процесса прокатки колец // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1971. № 7. С. 64-66.

12. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник : в 2 т. Т. 2 / В. А. Бабенко [и др.]. Москва: Машиностроение, 1967. 433 с.

13. Ковка и штамповка. Справочник : в 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка / Е.И. Семенов [и др.]. Москва: Машиностроение, 1985. 592 с.

14. Ковка и штамповка цветных металлов. Справочник / Н.И. Корнеев [и др.]. Москва: Машиностроение, 1972. 232 с.

15. Королев А.В., Королев А.В., Королев А. А. Совершенствование технологии изготовления тонкостенных колец подшипников. Саратов: СГТУ, 2004. 136 с.

16. Костышев В.А., Гречников Ф.В. Методы формоизменения профильных кольцевых заготовок раскаткой. Самара: СГАУ, 2007. 83 с.

17. Костышев В.А., Шитарев И.Л. Раскатка колец. Самара: СГАУ, 2000. 208 с.

18. Микульчик С.А. Исследование, разработка и внедрение двухклетевых кольцепрокатных станов для прокатки крупногабаритных колец : дис. ... канд. техн. наук. Екатеринбург: Уральский гос. техн. ун-т, 1995. 335 с.

19. Моделирование структурообразования в титановом сплаве ВТ6 при изотермической ковке в программном комплексе Deform / Н.В. Лопатин [и др.] // Компьютерные исследования и моделирование. 2014. Т. 6. № 6. С. 975-982.

20. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии машиностроения методами планирования экспериментов. Москва: Машиностроение, 1980. 304 с.

21. ОСТ 92-0966-75 Штамповки и поковки из титановых сплавов. Технические требования.

22. Полев В.Ф., Зиновьев В.Е., Коршунов И.Г. Температуропроводность титановых сплавов в твердом и жидком состояниях // Теплофизика высоких температур. 1985. Т. 23. № 5. С. 890-893.

23. Полуфабрикаты из титановых сплавов / В.К. Александров [и др.]. Москва, 1996. 581 с.

24. Распределение удельного давления по длине очага деформации при прокатке колец / П.И. Полухин [и др.] // Известия ВУЗов. Черная металлургия. 1970. № 11. С. 77-80.

25. Спришевский А.И. Подшипники качения. Москва: Металлургия, 1969. 631 с.

26. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / А.М. Дальский [и др.]. Москва: Изд-во МАИ, 2000. 364 с.

27. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов / Н.Ф. Аношкин [и др.]. Москва: Металлургия, 1980. 464 с.

28. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов / А.Л. Андреев [и др.]. Москва, 1978. 384 с.

29. Целиков А.И. Основы теории прокатки / А.И. Целиков. Москва: Металлургия, 1965. 247 с.

30. ASTM E0209-10 Practice for Compression Tests of Metallic Materials at Elevated Temperatures with Conventional or Rapid Heating Rates and Strain Rates.

31. 3D coupled thermo-mechanical FE modeling of blank size effects on the uniformity of strain and temperature distributions during hot rolling of titanium alloy large rings / H. Yang [et al.] // Computational Materials Science. 2008. Vol. 44. № 2. P. 611-621.

32. A new cylindrical ring rolling technology for manufacturing thin-walled cylindrical ring / X. Han [et al.] // International Journal of Mechanical Sciences. 2014. Vol. 81. P. 95-108.

33. A new mathematical model for predicting the diameter expansion of flat ring in radial-axial ring rolling / W. Xu [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2012. Vol. 60. № 9-12. P. 913-921.

34. Alfozan A., Gunasekera J.S. Design of profile ring rolling by backward simulation using upper bound element technique (UBET) // Journal of manufacturing processes. 2002. Vol. 4. № 2. P. 97-108.

35. Analyses for roll force and torque in ring rolling, with some supporting experiments / J.B. Hawkyard [et al.] // International Journal of Mechanical Sciences. 1973. Vol. 15. № 11. P. 873-893.

36. Analysis of coupled mechanical and thermal behaviors in hot rolling of large rings of titanium alloy using 3D dynamic explicit FEM / M. Wang [et al.]

// Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. № 7. P. 33843395.

37. Analysis of roll torque in profile ring-rolling of L-sections / D.Y. Yang [et al.] // Proceedings of the Twenty-First International Machine Tool Design and Research Conference. Springer, 1981. P. 69-74.

38. Anjami N., Basti A. Investigation of rolls size effects on hot ring rolling process by coupled thermo-mechanical 3D-FEA // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. № 10. P. 1364-1377.

39. Armstrong R. The influence of polycrystal grain size on several mechanical properties of materials // Metallurgical and Materials Transactions. 1970. Vol. 1. № 5. P. 1169-1176.

40. ASM Handbook : Forming and Forging. Vol. 14. USA, Metals Park, OH: ISBN 0-87170-020-4, 1996. 2110 p.

41. ASTM E0112-13 Test Methods for Determining Average Grain Size.

42. ASTM E0562-11 Test Method for Determining Volume Fraction by Systematic Manual Point Count.

43. Bontcheva N., Petzov G. Microstructure evolution during metal forming processes // Computational materials science. 2003. Vol. 28. № 3. P. 563-573.

44. Boyer R.R. An overview on the use of titanium in the aerospace industry // Materials Science and Engineering: A. 1996. Vol. 213. № 1. P. 103-114.

45. Bros H., Michel M., Castanet R. Enthalpy and heat capacity of titanium based alloys // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 1994. Vol. 41. № 1. P. 724.

46. Cantor B., Assender H., Grant P. Aerospace materials. London, UK: IOP Publishing Ltd, 2001. 312 p.

47. Chao Q., Hodgson P.D., Beladi H. Ultrafine Grain Formation in a Ti-6Al-4V Alloy by Thermomechanical Processing of a Martensitic Microstructure // Metallurgical and Materials Transactions A. 2014. Vol. 45. № 5. P. 26592671.

48. Chen L.-Q. Phase-field models for microstructure evolution // Annual review of materials research. 2002. Vol. 32. № 1. P. 113-140.

49. Cho H., Altan T. Determination of flow stress and interface friction at elevated temperatures by inverse analysis technique // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 170. № 1-2. P. 64-70.

50. Chuan W., Yang H., Li H.W. Modeling of discontinuous dynamic recrystallization of a near-a titanium alloy IMI834 during isothermal hot compression by combining a cellular automaton model with a crystal plasticity finite element method // Computational Materials Science. 2013. Vol. 79. P. 944-959.

51. Chun Y.B., Semiatin S.L., Hwang S.-K. Monte Carlo modeling of microstructure evolution during the static recrystallization of cold-rolled, commercial-purity titanium // Acta materialia. 2006. Vol. 54. № 14. P. 36733689.

52. Complete modeling and parameter optimization for virtual ring rolling / Z.W. Wang [et al.] // International Journal of Mechanical Sciences. 2010. Vol. 52. № 10. P. 1325-1333.

53. Coppa P., Consorti A. Normal emissivity of samples surrounded by surfaces at diverse temperatures // Measurement. 2005. Vol. 38. № 2. P. 124-131.

54. Coupled thermo-mechanical finite-element modelling of hot ring rolling process / J.L. Song [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 121. № 2. P. 332-340.

55. D^browski R. The kinetics of phase transformations during continuous cooling of the Ti6Al4V alloy from the single-phase P range // Archives of Metallurgy and Materials. 2011. Vol. 56. № 3. P. 703-707.

56. Davey K., Ward M. A practical method for finite element ring rolling simulation using the ALE flow formulation // International Journal of Mechanical Sciences. 2002. Vol. 44. № 1. P. 165-190.

57. Deem H.W., Wood W.D., Lucks C.F. The relationship between electrical and thermal conductivities of titanium alloys // Trans. Met. Soc. AIME. 1958. Vol. 212.

58. Deng J., Mao H. A blank optimization design method for three-roll cross rolling of complex-groove and small-hole ring // International Journal of Mechanical Sciences. 2015. Vol. 93. P. 218-228.

59. Development of gas turbine materials, The / G.W. Meetham [et al.]. London, UK: Applied Science Publishers Ltd, 1981. 310 p.

60. Dewasurendra L. A finite element method for ring rolling processes : Ph.D. dissertation. USA, Athens, OH: Ohio University, 1998. 144 p.

61. Ducato A., Fratini L., Micari F. Prediction of phase transformation of Ti-6Al-4V titanium alloy during hot-forging processes using a numerical model // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2014. Vol. 228. № 3. P. 154-159.

62. Effect of driver roll rotational speed on hot ring rolling of AZ31 magnesium alloy / X. Luo [et al.] // Journal of Magnesium and Alloys. 2014. Vol. 2. № 2. P. 154-158.

63. Effect of microstructure on the fatigue properties of Ti-6Al-4V titanium alloys / G.Q. Wu [et al.] // Materials & Design. 2013. Vol. 46. P. 668-674.

64. Elastic-plastic finite element analysis of cold ring rolling process / H. Utsunomiya [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 125. P. 613-618.

65. Era? E., Shivpuri R. A summary of ring rolling technology—I. Recent trends in machines, processes and production lines // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1992. Vol. 32. № 3. P. 379-398.

66. Era? E., Shivpuri R. A summary of ring rolling technology—II. Recent trends in process modeling, simulation, planning, and control // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1992. Vol. 32. № 3. P. 399-413.

67. Experimental investigation and 3D finite element prediction of the heat affected zone during laser assisted machining of Ti6Al4V alloy / J. Yang [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. № 15. P. 2215-2222.

68. Fan D., Chen L.-Q. Computer simulation of grain growth using a continuum field model // Acta Materialia. 1997. Vol. 45. № 2. P. 611-622.

69. FE Analysis of Microstructure Evolution during Ring Rolling Process of a Large-Scale Ti-6Al-4V Alloy Ring / J.T. Yeom [et al.] // Materials Science Forum. 2010. Vols. 638-642. P. 223-228.

70. FE simulation and experimental research on cylindrical ring rolling / X. Han [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214. № 6. P. 1245-1258.

71. Filoni L., Rocchini G. Thermal conductivity of Inconel 600 and Ti-6Al-4V from 360 K to 900 K // High Temperatures. High Pressures. 1989. Vol. 21. № 4. P. 373-376.

72. Flower H.M. High Performance Materials in Aerospace. London, UK: Chapman & Hall, 1995. 393 p.

73. Gheisari A., Forouzan M., Maracy A. Investigation of Process Parameters on Hot Ring Rolling by Coupled Thermo-Mechanical 3D-FEA // International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology. 2011. Vol. 4. № 4. P. 33-38.

74. Giorleo L., Ceretti E., Giardini C. Energy consumption reduction in Ring Rolling processes: A FEM analysis // International Journal of Mechanical Sciences. 2013. Vol. 74. Energy consumption reduction in Ring Rolling processes. P. 55-64.

75. Guo L., Yang H. Numerical Modelling and Simulation of Radial-Axial Ring Rolling Process // Numerical Analysis - Theory and Application. ABAQUS. INTECH Open Access Publisher, 2011. P. 373-394.

76. Guo L., Yang H. Towards a steady forming condition for radial-axial ring rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 2011. Vol. 53. № 4. P. 286-299.

77. Hahn Y.H., Yang D.Y. UBET analysis of roll torque and profile formation during the profile ring-rolling of rings having rectangular protrusions // Journal of materials processing technology. 1991. Vol. 26. № 3. P. 267-280.

78. Hahn Y.H., Yang D.Y. UBET analysis of the closed-pass ring rolling of rings having arbitrarily shaped profiles // Journal of materials processing technology. 1994. Vol. 40. № 3-4. P. 451-463.

79. Hall E.O. The deformation and ageing of mild steel: III discussion of results // Proceedings of the Physical Society. Section B. 1951. Vol. 64. № 9. P. 747753.

80. Han X., Hua L. Effect of friction on combined radial and axial ring rolling process // Tribology International. 2014. Vol. 73. P. 117-127.

81. Hot Plasticity of Alpha Beta Alloys / M. Motyka [et al.] // Titanium Alloys-Towards Achieving Enhanced Properties for Diversified Applications. 2012. 87 p.

82. Hu Y.-K., Liu W.K. ALE finite element formulation for ring rolling analysis // International journal for numerical methods in engineering. 1992. Vol. 33. № 6. P. 1217-1236.

83. Hu Z.M., Brooks J.W., Dean T.A. The interfacial heat transfer coefficient in hot die forging of titanium alloy // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 1998. Vol. 212. № 6. P. 485-496.

84. Hua L., Pan L., Lan J. Researches on the ring stiffness condition in radial-axial ring rolling // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. № 5. P. 2570-2575.

85. Huez J., Notes J., Coupu J. Three-dimensional finite-element simulation of hot ring rolling // Superalloys. 2001. Vol. 718. № 625,706. P. 249-258.

86. Johnson W., Needham G. Experiments on ring rolling / W. Johnson, G. Needham // International Journal of Mechanical Sciences. 1968. Vol. 10. № 2. P. 95-113.

87. Joun M.S., Chung J.H., Shivpuri R. An axisymmetric forging approach to preform design in ring rolling using a rigid-viscoplastic finite element method // International Journal ofMachine Tools and Manufacture. 1998. Vol. 38. № 10. P. 1183-1191.

88. Kim N., Machida S., Kobayashi S. Ring rolling process simulation by the three dimensional finite element method // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1990. Vol. 30. № 4. P. 569-577.

89. Kobayashi S., Oh S., Altan T. Metal forming and the finite element method. New York, USA: Oxford University Press, Inc., 1989. 377 p.

90. Kusiak J., Kuziak R. Modelling of microstructure and mechanical properties of steel using the artificial neural network // Journal of materials processing technology. 2002. Vol. 127. № 1. P. 115-121.

91. Lee K.-H., Kim B.-M. Advanced feasible forming condition for reducing ring spreads in radial-axial ring rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 2013. Vol. 76. P. 21-32.

92. Lim T., Pillinger I., Hartley P. A finite-element simulation of profile ring rolling using a hybrid mesh model // Journal of materials processing technology. 1998. Vol. 80. P. 199-205.

93. Lin H., Zhi Z.Z. The extremum parameters in ring rolling // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 69. № 1. P. 273-276.

94. Lin Y.C., Chen M.-S., Zhong J. Effects of deformation temperatures on stress/strain distribution and microstructural evolution of deformed 42CrMo steel // Materials & Design. 2009. Vol. 30. № 3. P. 908-913.

95. Lopatin N.V., Maradudina O.N., Dyakonov G.S. Analysis of the structure formation and properties of the VT6 alloy during upsetting of the symmetrically truncated conical billets // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2011. Vol. 52. № 1. P. 33-38.

96. Lugora C.F., Bramley A.N. Analysis of spread in ring rolling // International journal of mechanical sciences. 1987. Vol. 29. № 2. P. 149-157.

97. Lutjering G., Williams J.C. Titanium. Vol. 2. Berlin: Springer, 2003. 406 p.

98. Male A.T. A method for the determination of the coefficient of friction of metals under conditions of bulk plastic deformation // J. Inst. Metal. 1964. Vol. 93. P. 38-46.

99. Male A.T., Depierre V. The validity of mathematical solutions for determining friction from the ring compression test // Journal of Lubrication Technology. 1970. Vol. 92. № 3. P. 389-395.

100. Malinov S., Sha W. Application of artificial neural networks for modelling correlations in titanium alloys // Materials Science and Engineering: A. 2004. Vol. 365. № 1. P. 202-211.

101. Mamalis A.G., Hawkyard J.B., Johnson W. Spread and flow patterns in ring rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 1976. Vol. 18. № 1. P. 11-16.

102. Mamalis A.G., Johnson W., Hawkyard J.B. Pressure distribution, roll force and torque in cold ring rolling // Journal of Mechanical Engineering Science. 1976. Vol. 18. № 4. P. 196-209.

103. Maurice C.L., Humphreys F.J. 2- and 3-d curvature driven vertex simulations of grain growth // Grain Growth in Polycrystalline Materials. 1998. Vol. 3. P. 8190.

104. Microstructure and Mechanical Properties of High Strength Two-Phase Titanium Alloys / J. Sieniawski [et al.] // Titanium Alloys - Advances in Properties Control / ed. J. Sieniawski. InTech, 2013. P. 69-80.

105. Microstructure prediction of the austenite recrystallization during multi-pass steel strip hot rolling: A cellular automaton modeling / C. Zheng [et al.] // Computational Materials Science. 2008. Vol. 44. № 2. P. 507-514.

106. Mills K.C. Recommended values of thermophysical properties for selected commercial alloys. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Limited, 2002. 244 p.

107. Miodownik M.A. A review of microstructural computer models used to simulate grain growth and recrystallisation in aluminium alloys // Journal of Light Metals. 2002. Vol. 2. № 3. P. 125-135.

108. Modelling for the dynamic recrystallization evolution of Ti-6Al-4V alloy in two-phase temperature range and a wide strain rate range / G. Quan [et al.] // Computational Materials Science. 2015. Vol. 97. P. 136-147.

109. Modification of alpha morphology in Ti-6Al-4V by thermomechanical processing / I. Weiss [et al.] // Metallurgical Transactions A. 1986. Vol. 17. № 11. P. 1935-1947.

110. Moon H.K., Lee M.C., Joun M.S. Predicting polygonal-shaped defects during hot ring rolling using a rigid-viscoplastic finite element method // International Journal of Mechanical Sciences. 2008. Vol. 50. № 2. P. 306-314.

111. Mouritz A.P. Introduction to aerospace materials. Cambridge, UK: Woodhead Publishing Limited, 2012. 621 p.

112. Multi-phase-field simulations for dynamic recrystallization / T. Takaki [et al.] // Computational Materials Science. 2009. Vol. 45. № 4. P. 881-888.

113. Numerical simulation and experimental study on geometry variations and process control method of vertical hot ring rolling / X. Wang [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 73. № 1-4. P. 389-398.

114. Parvizi A., Abrinia K. A two dimensional Upper Bound Analysis of the ring rolling process with experimental and FEM verifications // International Journal of Mechanical Sciences. 2014. Vol. 79. P. 176-181.

115. Parvizi A., Abrinia K. An upper bound analysis of the ring rolling process // Advanced Materials Research. Trans Tech Publ, 2012. Vol. 383. P. 28192826.

116. Pederson R. Microstructure and phase transformation of Ti-6Al-4V : Licentiate thesis. Lulea University of Technology, 2002. 62 p.

117. Plastic deformation and dynamic recrystallization behaviors of Mg-5Gd-4Y-0.5Zn-0.5Zr alloy / Z. Yang [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 485. № 1-2. P. 487-491.

118. Porntadawit J., Uthaisangsuk V., Choungthong P. Modeling of flow behavior of Ti-6Al-4V alloy at elevated temperatures // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 599. P. 212-222.

119. Prediction of spread, pressure distribution and roll force in ring rolling process using rigid-plastic finite element method / Y. Yea [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2003. Vol. 140. № 1-3. P. 478-486.

120. Qian D., Hua L. Blank design optimization for stepped-section profile ring rolling // Science China Technological Sciences. 2010. Vol. 53. № 6. P. 16121619.

121. Qian D., Pan Y. 3D coupled macro-microscopic finite element modelling and simulation for combined blank-forging and rolling process of alloy steel large ring // Computational Materials Science. 2013. Vol. 70. P. 24-36.

122. Raabe D. Mesoscale simulation of recrystallization textures and microstructures // Advanced Engineering Materials. 2001. Vol. 3. № 10. P. 745.

123. Radhakrishnan B., Sarma G., Zacharia T. Modeling the kinetics and microstructural evolution during static recrystallization—Monte Carlo simulation of recrystallization // Acta materialia. 1998. Vol. 46. № 12. P. 44154433.

124. Relationships among the Microstructure, Mechanical Properties, and Fatigue Behavior in Thin Ti6Al4V / Y. Fan [et al.] // Advances in Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 2016. P. 1-9.

125. Research on following motion rule of guide roller in cold rolling groove ball ring / L. Hua [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vols. 187188. P. 743-746.

126. Research on interactive influences of parameters on T-shaped cold ring rolling by 3d-FE numerical simulation / L. Li [et al.] // Journal of Mechanical Science and Technology. 2007. Vol. 21. № 10. P. 1541-1547.

127. Research on the dynamic recrystallization kinetics of Aermet100 steel / G. Ji [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527. № 9. P. 2350-2355.

128. Resistivity study and computer modelling of the isothermal transformation kinetics of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si alloys / S. Malinov [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2001. Vol. 314. № 1. P. 181-192.

129. Rigid-viscoplastic dynamic explicit FEA of the ring rolling process / C. Xie [et al.] // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2000. Vol. 40. № 1. P. 81-93.

130. Ring blank design and its effect on combined radial and axial ring rolling / X. Han [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2014. Vol. 72. № 9-12. P. 1161-1173.

131. Ring-rolling design for a large-scale ring product of Ti-6Al-4V alloy / J.T. Yeom [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vols. 187-188. P. 747-751.

132. Ring-Rolling Process for Manufacturing Ti-6Al-4V Plane and Profiled Ring-Products / K.J. Kim [et al.] // Advanced Materials Research. 2007. Vols. 26-28. P. 429-432.

133. Ryoo J.S., Yang D.Y., Johnson W. The influence of process parameters on torque and load in ring rolling // Journal of mechanical working technology. 1986. Vol. 12. № 3. P. 307-321.

134. Sarma G.B., Radhakrishnan B., Dawson P.R. Mesoscale modeling of microstructure and texture evolution during deformation processing of metals // Advanced Engineering Materials. 2002. Vol. 4. № 7. P. 509-514.

135. Seitz J., Schwich G., Hirt G. Intended Dishing in Ring // Key Engineering Materials. 2014. Vols. 611-612. P. 194-201.

136. Semiatin S.L., Bieler T.R. Effect of texture and slip mode on the anisotropy of plastic flow and flow softening during hot working of Ti-6Al-4V // Metallurgical and Materials Transactions A. 2001. Vol. 32. № 7. P. 1787-1799.

137. Semiatin S.L., Furrer D.U. Modeling of Microstructure Evolution during the Thermomechanical Processing of Titanium Alloys (Preprint). DTIC Document, 2008. P. 71.

138. Semiatin S.L., Kirby B.C., Salishchev G.A. Coarsening behavior of an alphabeta titanium alloy // Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. Vol. 35. № 9. P. 2809-2819.

139. Semiatin S.L., Poteet P.S. Branch Elimination during Heat Treatment of Titanium Alloys with a Colony-Alpha Microstructure // Metallurgical and Materials Transactions A. 2008. Vol. 39. № 11. P. 2538-2541.

140. Semiatin S.L., Seetharaman V., Weiss I. Flow behavior and globularization kinetics during hot working of Ti-6Al-4V with a colony alpha microstructure // Materials Science and Engineering: A. 1999. Vol. 263. № 2. P. 257-271.

141. Semiatin S.L., Stefansson N., Doherty R.D. Prediction of the kinetics of static globularization of Ti-6Al-4V // Metallurgical and Materials Transactions A. 2005. Vol. 36. № 5. P. 1372-1376.

142. Shell E.B., Semiatin S.L. Effect of initial microstructure on plastic flow and dynamic globularization during hot working of Ti-6Al-4V // Metallurgical and Materials Transactions A. 1999. Vol. 30. № 12. P. 3219-3229.

143. Shivpuri R., Eruc E. Planning and simulation of the ring rolling process for improved productivity // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1993. Vol. 33. № 2. P. 153-173.

144. Spheroidization of the lamellar microstructure in Ti-6Al-4V alloy during warm deformation and annealing / S. Zherebtsov [et al.] // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. № 10. P. 4138-4150.

145. Stefansson N., Semiatin S.L., Eylon D. The kinetics of static globularization of Ti-6Al-4V // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. Vol. 33. № 11. P. 3527-3534.

146. Stefansson N., Semiatin S.L. Mechanisms of globularization of Ti-6Al-4V during static heat // Metallurgical and Materials Transactions A. 2003. Vol. 34. № 3. P. 691-698.

147. Study of the dynamic recrystallization of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si alloy in в-forging process via Finite Element Method modeling and microstructure

characterization / K.L. Wang [et al.] // Materials & Design. 2011. Vol. 32. № 3. P. 1283-1291.

148. Study on forming defects in the rolling process of large aluminum alloy ring via adaptive controlled simulation / J. Zhou [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011. Vol. 55. № 1-4. P. 95-106.

149. Technology and experiments of 42CrMo bearing ring forming based on casting ring blank / Y. Li [et al.] // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2014. Vol. 27. № 2. P. 418-427.

150. The key technology and realization of virtual ring rolling / Z.W. Wang [et al.] // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vol. 182. № 1-3. P. 374381.

151. The origins of flow softening during high-temperature deformation of a Ti-6Al-4V alloy with a lamellar microstructure / C.H. Park [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 582. P. 126-129.

152. Three-dimensional UBET simulation tool for seamless ring rolling of complex profiles / V. Ranatunga [et al.] // Journal of manufacturing processes. 2004. Vol. 6. № 2. P. 179-186.

153. Titanium alloys for aerospace applications / M. Peters [et al.] // Advanced Engineering Materials. 2003. Vol. 5. № 6. P. 419-427.

154. Tszeng T., Altan T. Investigation of ring rolling by pseudo plane-strain FEM analysis // Journal of Materials Processing Technology. 1991. Vol. 27. № 1. P. 151-161.

155. Wang C., Geijselaers H.J.M., Boogaard A.H. Multi-stage FE simulation of hot ring rolling // AIP conference proceedings / LS-DYNA. AIP Publishing LLC, 2013. Vol. 1532. P. 1014-1019.

156. Wang M. Comparison of evolution laws of stress and strain fields in hot rolling of titanium alloy large rings with different sizes // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 21. № 7. P. 1611-1619.

157. Wang X., Hua L. Analysis of guide modes in vertical hot ring rolling and their effects on the ring's dimensional precision using FE method // Journal of Mechanical Science and Technology. 2011. Vol. 25. № 3. P. 655-662.

158. Wanheim T., Bay N., Petersen A.S. A theoretically determined model for friction in metal working processes // Wear. 1974. Vol. 28. № 2. P. 251-258.

159. Ward M.J., Miller B.C., Davey K. Simulation of a multi-stage railway wheel and tyre forming process // Journal of Materials Processing Technology. 1998. Vol. 80. P. 206-212.

160. Weygand D., Brechet Y., Lepinoux J. A vertex simulation of grain growth in 2D and 3D // Advanced Engineering Materials. 2001. Vol. 3. № 1-2. P. 67-71.

161. Yang D., Kim K. Rigid-plastic finite element analysis of plane strain ring rolling // International Journal of Mechanical Sciences. 1988. Vol. 30. № 8. P. 571-580.

162. Yang D.Y., Ryoo J.S. An investigation into the relationship between torque and load in ring rolling // Journal of Engineering for Industry. 1987. Vol. 109. № 3. P. 190-196.

163. Yang H., Guo L., Zhan M. Role of friction in cold ring rolling // Cailiao Kexue Yu Jishu (Journal of Materials Science & Technology). 2005. Vol. 21. № 6. P. 914-920.

164. Zhichao S., He Y., Xinzhe O. Effects of process parameters on microstructural evolution during hot ring rolling of AISI 5140 steel // Computational Materials Science. 2010. Vol. 49. № 1. P. 134-142.

УТВЕРЖДАЮ Главный инженер АО «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко»

К.Б. Лимаренко

Акт

об использовании результатов диссертационной работы.

Настоящий акт составлен в том, что результаты диссертационной работы аспиранта МГТУ им. Н.Э. Баумана Алимова Артема Игоревича переданы для дальнейшего использования в АО «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко». В диссертационной работе Алимова А.И. предложена методика прогнозирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 в процессе раскатки колец. Методика основана на математическом моделировании процесса деформирования в программном комплексе DEFORM. Разработанная методика позволяет находить режимы технологического процесса раскатки колец, при которых обеспечивается получение рациональной микроструктуры в процессе обработки давлением.

Разработанная автором методика может быть использована в кузнечно-прессовом цехе АО «НПО Энергомаш имени академика В.П.Глушко» при разработке технологических процессов изготовления кольцевых поковок из титановых сплавов.

Главный металлург

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО <<ЧТПЗ- Инжиниринг»

_ В.А. Моргунов « 1' _» сентября 2016 г.

Акт

об использовании результатов диссертационной работы

В диссертационной работе Алимова А.И. выполнено прогнозирование получения возможной микроструктуры титанового сплава ВТ6 в процессе формовки резьбы на трубах пластическим деформированием. Предсказание микроструктуры основано на математическом моделировании процесса деформирования в программном комплексе DEFORM.

Данные результаты представляют интерес для ООО «ЧТПЗ - Инжиниринг» и будут учтены при разработке технологических процессов изготовления резьбы на трубах. В частности, при разработке технологических процессов изготовления труб для освоения шельфовой зоны.

Аспирант МГТУ им. Н.Э. Баумана Старший научный сотрудник, к.т.н.,

ООО «ЧТПЗ-Инжиниринг»

Небогов

Акт

об использовании результатов диссертационной работы.

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы аспиранта МГТУ им. Н.Э. Баумана Алимова Артема Игоревича были использованы в ООО «Кванторформ». В диссертационной работе Алимовым А.И. предложена методика прогнозирования микроструктуры титанового сплава ВТ6 в процессе раскатки колец.

Предложенная автором методика и результаты экспериментальных исследований использовались при разработке и верификации модели прогнозирования микроструктуры в программном комплексе ОРогт.

Генеральный директор ООО «Ква1

С.А. Стебунов

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.