Оснастка для выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов

Техническое решение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цилиндрических изделий из металлических, композиционных и нанокристаллических материалов, к устройствам для реализации прямого выдавливания цилиндрических образцов при механических и технологических высокотемпературных испытаниях различных материалов, установления термомеханических закономерностей изменения характеристик прочности и прогнозирования развития экстремальных эффектов, например эффекта сверхпластичности для определения оптимальных термомеханических режимов прямого выдавливания. Задачей технического решения является повышение стойкости оснастки, т.е. матрицы за счет увеличения ресурса ее работы без разрушения. Оснастка для выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов, содержит контейнер, пуансон и матрицу, причем матрица изготовлена из материала с большим коэффициентом линейного расширения при нагреве, чем у материала контейнера и у пуансона, а угол матрицы принят от 25°-30° 1 н.п.ф. 1 илл.

Техническое решение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении цилиндрических изделий из металлических, композиционных и нанокристаллических материалов и установления закономерностей изменения характеристик прочности и пластичности материала образцов для определения возможности развития экстремальных эффектов, реализующих дополнительные ресурсы деформируемости образца, а именно: к оснастке для механических испытаний при сложных напряженных состояниях, и может быть использовано в металлургии, обработке металлов давлением, термомеханической обработке материалов, инструментальном производстве, научных исследованиях и других отраслях народного хозяйства.

Известна оснастка для прямого выдавливания цилиндрических образцов из мягких сплавов цветных металлов при различных скоростях и степенях горячей деформации (свинец и его сплавы) (Хыбемяги А.И., Лернер П.С. Выдавливание точных заготовок и пресс-форм. - М.: Машиностроение. - 1986. - 152 с.).

Оснастка состоит из контейнера, матрицы и пуансона, изготовленных из инструментальных штамповых сталей для холодного или горячего деформирования 5ХВГ, 5ХНМ, 5ХНВ.

Недостатками данной оснастки является невозможность проводить прямое выдавливание при температурах до 950°C из-за ее коробления и разрушения оснастки.

Наиболее близким техническим решением является оснастка для прямого выдавливания цилиндрических образцов из быстрорежущих сталей типа Р6М5 при различных термомеханических условиях (А.Е. Гвоздев «Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1992. - 176 с.), содержащая контейнер, матрицу и пуансон, изготовленные из сплава ЭП800.

Недостатками наиболее близкого технического решения является недостаточно высокая стойкость оснастки за счет разрушения матриц при температуре выше 850°C.

Задачей технического решения является повышение стойкости оснастки, т.е. матрицы за счет увеличения ресурса ее работы без разрушения.

Поставленная задача достигается за счет того, что в оснастке для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов, состоящей из контейнера, пуансона и матрицы, матрица выполнена из материала с большим коэффициентом линейного расширения при нагреве, чем у материала контейнера и у пуансона.

На фиг.1 изображена оснастка для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов.

На фиг.2 изображена матрица в разрезе, выполненная с углом .

Оснастка для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов состоит из пуансона 1, размещенного в контейнере 2 с матрицей 3, и выталкивателя 4. Матрица установлена на деформирующем оборудовании и имеет поверхность 5, расположенную под углом =25-30⁰.

В оснастке для выдавливания цилиндрических изделий матрица 3 изготовлена из высокотемпературного сплава с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала контейнера 2 и пуансона 1, что создает дополнительное поле сжимающих напряжений, действующих на матрицу и препятствующих раскрытию магистральных трещин и разрушению матрицы 3.

Пример 1. Проводили прямое выдавливание цилиндрического образца, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали марки 10Р6М5-МП диаметром 10 и высотой 15 мм, со скоростью деформирования, равной 0,073·10 ^-3 м/с, при температуре 800°C с обжатием, равным 0,5, в оснастке с углом матрицы, равным 28 градусам. Для снижения контактного трения использованы стеклографитовые пресс-шайбы, которые помещались в контейнер для прессования снизу и сверху образца, а на образец наносилась защитно-смазочное покрытие из стеклографитовой смеси. Усилие при прямом выдавливании в этом случае составляло 33 кН, что обеспечивает стойкость матрицы при эксплуатации.

Пример 2. Проводили прямое выдавливание цилиндрического образца, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали марки 10Р6М5-МП диаметром 10 и высотой 15 мм, со скоростью деформирования, равной 0,073·10^-3 м/с, при температуре 800°C с обжатием, равным 0,5, в оснастке с углом матрицы, равным 15 градусам. Для снижения контактного трения использованы стеклографитовыепресс-шайбы, которые помещались в контейнер для прессования снизу и сверху образца, а на образец наносилась защитно-смазочное покрытие из стеклографитовой смеси. Усилие при прямом выдавливании в этом случае составляло 36 кН, что не обеспечивает стойкость матрицы, т.е. она частично разрушается.

Пример 3. Проводили прямое выдавливание цилиндрического образца, изготовленного из порошковой быстрорежущей стали марки 10Р6М5-МП диаметром 10 и высотой 15 мм, со скоростью деформирования, равной 0,073·10 ^-3 м/с,при температуре 800°C с обжатием, равным 0,5, в оснастке с углом матрицы, равным 35 градусам. Для снижения контактного трения использованы стеклографитовые пресс-шайбы, которые помещались в контейнер для прессования снизу и сверху образца, а на образец наносилась защитно-смазочное покрытие из стеклографитовой смеси. Усилие при прямом выдавливании в этом случае составляло 39 кН, что также приводило к разрушению матрицы.

Минимальные значения усилий при прямом выдавливании реализуются при углах матрицы в диапазоне от 25 до 30 градусов, что позволяет снизить удельное давление на элементы оснастки и увеличить ресурс ее безотказной работы.

Проведение прямого выдавливания в различных температурно-скоростных режимах, включающих температуры полиморфных превращений и фазовые переходы первого рода, позволяет устанавливать закономерности изменения характеристик прочности, прогнозировать развитие экстремальных эффектов и определять оптимальные термомеханические режимы резервов повышенной пластичности и сверхпластичности - основы ресурсосберегающих технологий термомеханической обработки металлических, композиционных и нанокристаллических материалов.

Оснастка для прямого выдавливания цилиндрических изделий из труднодеформируемых металлических, композиционных или нанокристаллических материалов, состоящая из контейнера, пуансона и матрицы, отличающаяся тем, что матрица выполнена из материала с большим коэффициентом линейного расширения при нагреве, чем у материалов контейнера и пуансона.