Введение к работе
Актуальность темы. До самого последнего времени считалось, что
физико-механические свойства полуфабрикатов и эксплутационные
характеристики готовых изделий закладываются на уровне изготовления
материалов. Сегодня нашла признание точка зрения, что окончательные
физико-механические свойства полуфабрикатов и эксплутационные
характеристики готовых изделий формируются на этапах их технологического
передела. При взаимодействии анизотропных полей напряжения с
поликристаллическими материалами появляются динамические структуры,
ответственные за физико-механические свойства полуфабрикатов и изделий.
Одной из наиболее важных динамических структур является текстура. В
поликристаллических материалах под текстурами понимают статистическую
упорядоченность кристаллитов в объёме материала своими
кристаллографическими направлениями и плоскостями. Наличие текстуры в
ноликристаллических материалах приводит как следствие из-за естественной
анизотропии монокристаллических зёрен к наведенной в нём анизотропии
физико-механических свойств. Структура текстуры также ответственна за
реальность проявления геометрической и структурной (текстурной)
составляющих пластической деформации, что приводит к относительности
пластичности и прочности одного и того же материала и т.д. Классическим
примером эффективного использования текстуры в создании материала с
оптимальными эксплутационньши характеристиками является
трансформаторная сталь. Другим, противоположным, также классическим примером, где наличие кристаллографической текстуры играет отрицательную роль, является пример с вытяжкой цилиндрического стакана из металлического листа. Перечисленные выше примеры получения и применения текстурированных материалов далеко не исчерпывают всего многообразия текстур и все способы их применения в народном хозяйстве. Таким образом, проблема получения новых текстурированных материалов (изделий) с
4 необходимыми физико-механическими свойствами, является одной из актуальных проблем промышленности. Однако в настоящий момент, все исследования и применения текстурированных материалов были ограничены двумя видами текстур, а именно текстурами листа и проволоки. Разработка и применение специального системного анализа на основе обобщённого принципа симметрии Шубникова-Кюри, позволяет значительно расширить класс текстурированных материалов, что создаёт условия для оптимального решения задач дальнейшего повышения качества полуфабрикатов и изделий металлообрабатывающей, электро- и радиотехнической промышленности, эффективного их использования в приборо- и машиностроении.
Цель работы. Разработать технологии получения дифференциальной прокаткой металлического листа с различной симметрией текстур, используя которые можно решать вопросы по оптимизации эксплутационпых характеристик изделий.
Основные -задачи. Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
-
Провести специальный анализ обобщенного принципа симметризации Шубігакова на геометрическом и физическом уровнях;
-
Рассмотреть способы обработки материалов давлением как системы, установить их основные элементы и найти тождественные им симметрлйные характеристики;
-
Найти и изучить взаимосвязи между формой тензоров и соответствующими их группами симметрии;
-
Исследовать взаимосвязь и различие между структурами полей напряжения и характеризующими их тензорами напряжения;
-
Выявить условия реализации гомогенных полей напряжения с помощью различных способов обработки металлов давлением;
-
Установить содержание и различие исходного (потенциального) и рабочего полей напряжения;
-
Определить технологические параметры, обеспечивающие получение продольной прокаткой и прокаткой-волочением металлических листов с текстурами, структура которых подобна структуре рабочих гомогенных полей напряжения;
-
Проанализировать структуры полей напряжения и найти характеризующие их группы симметрии для продольной прокатки и прокатки-волочения;
-
Выяснить правила моделирования технологических схем, которые обеспечивают эффекты симметризации на гомогенном уровне.
Научная новизна. На качественно новом уровне, с помощью системного метода, разработанного на основе принципа симметризации-диссимметризации Шубникова-Кюри, исследован технологического процесса продольной прокатки и прокатки-волочения, рассматриваемых как системы.
Автором диссертации впервые получены следующие основные результаты:
-
Определены группы симметрии потенциальных полей напряжения процессов продольной прокатки и прокатки-волочения;
-
Сформулированы условия конструирования гомогенных полей напряжения при продольной прокатке и прокатке-волочении;
-
Разработаны новые технологические схемы получения композиционных материалов (металлических листов) с различной анизотропией и симметрией физико-механических свойств, обычной дифференциальной прокаткой и дифференциальной прокаткой-волочением;
-
Экспериментально обоснован на технологических схемах обычной дифференциальной прокатки специальный метод, позволяющий эффективно решать проблемы, связанные как с получением металлических листов с различной симметрией текстур, так и с изготовлением из них изделий с необходимыми эксплутационными свойствами.
-
Выявлены параметры технологии получения материалов с высокосимметричными динамическими структурами (текстурами).
Практическая значимость. Апробированный системный метод описания и моделирования систем на гомогенном, гетерогенном и гомогенно-гетерогенном уровнях, может быть использован при анализе полей другой физической природы.
Знание структуры взаимодействия и установленные взаимосвязи между симметрией тензора напряжения и его формой, позволяют прогнозировать характер структурных внешних и внутренних изменений материала при пластической деформации.
Предложенные новые технологические схемы получения продольной прокаткой и прокаткой-волочением композиционных материалов (текстурированных металлических листов) с различной анизотропией и симметрией физико-механических свойств позволяют оптимизировать процессы получения готовых изделий из металлического листа с необходимыми экешгутационными свойствами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на III Всесоюзной конференции по текстурам и рекристаллизации в металлах и сплавах (Красноярск, 1980 г.); Всесоюзной конференции «Повышение долговечности и надёжности машин и приводов» (Куйбышев, 1981 г.); V Всесоюзной конференции «Проблемы физики и металловедения электротехнических сталей и сплавов» (Алма-Ата, 1981 г.); II Всесоюзной конференции «Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа» (Днепропетровск, 1982 г.); VI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии», (Томск, 2000 г.). Часть результатов исследований вошла в монографию Дурнева В.Д. и Талашкевича И.П. «Симметрия в технологии». - Л. Политехника, 1993, С.257 и используются при чтении специальных курсов, а также послужили основой для разработки лабораторных работ по ним на кафедре "Литейное производство и технология обработки металлов давлением" механико-технологического факультета Красноярского государственного технического университета. В соавторстве с
Талашкевичем И.П., Мартьяновым A.M. и Хапилиным С.Н. подготовлено учебное пособие «Технология получения продольной прокаткой анизотропных металлических листов», вошедшее в план изданий РИО КГТУ на 2000 год. На основании полученных теоретических и экспериментальных результатов по хоздоговорной теме №85 «Оптимизация технологии изготовления изделий из трансформаторной стали с целью снижения технологического брака», выполняемой в течении 01.01.85 - 30.06.87, были предложены конструкторские разработки и технологические карты для оптимальной технологии изготовления витых магиитопроводов к телевизору «Рассвет».
Структура и объём работы. Диссертация состоит: из введения; 4-х глав; выводов; списка литературы, содержащего 121 наименования; трёх приложений. Основной материал изложен на 183 страницах машинописного текста, включая 8 таблиц и 19 рисунков.