Проявления неоднородности пластической деформации в процессах волочения проволоки из благородных металлов : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.05
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………………… 4
1. ПАТЕНТНО-ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ
РАБОТЫ ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 7
1.1. Свойства и роль сплавов платины в промышленности …………………………… 7
1.2. Эффекты, возникающие при термодеформационной обработке чистого
золота …………………………………………………………………………………………………………. 9
1.3. Специфика процесса волочения ………………………………………………………….. 19
1.4. Варианты поверхностной обработки проволоки ………………………………….. 26
1.5. Программное обеспечение для анализа напряженно-деформированного
состояния в операциях обработки проволоки ………………………………………………. 28
1.6. Выводы по разделу и постановка задачи исследования ………………………… 34
2. ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОВОЛОКИ ИЗ
БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ …………………………………………………………36
2.1. Исследование сопротивления деформации сплава Pt92,5Pd4Rh3,5 ………….. 36
2.2. Исследование сопротивления деформации золота марки Зл99,99 ……………. 43
2.3. Выводы по разделу ………………………………………………………………………………. 48
3. ПОВЕДЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ ВОЛОЧЕНИИ
ПРОВОЛОКИ ИЗ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ………………………………………………………..49
3.1. Поведение дефектов при волочении тончайшей проволоки из платины…… 49
3.2. Расчет деформированного состояния при волочении с наличием в металле
посторонней частицы …………………………………………………………………………………. 55
3.3. Последствия волочения проволоки при наличии локальных пережимов ….. 60
3.4. Перераспределение деформации в операциях многопроходного волочения 66
3.5. Выводы по разделу ………………………………………………………………………………. 72
4. ЭФФЕКТЫ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ ВОЛОЧЕНИЯ И
СКАЛЬПИРОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОВОЛОКИ ИЗ ЦВЕТНЫХ И
БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ……………………………………………………………………………………………74
4.1. Экспериментальный анализ процесса скальпирования проволоки …………… 74
4.2. Теоретический анализ процесса скальпирования проволоки …………………… 82
4.3. Аналитическое описание поля скоростей в зоне поверхностного
упрочнения при скальпировании ………………………………………………………………… 90
4.4. Сравнение полученного решения с известными данными …………………….. 94
4.5. Анализ результатов применения операции скальпирования для
последующей обработки давлением ……………………………………………………………. 95
4.6. Практическое применение результатов исследования ………………………… 105
4.7. Выводы по разделу ………………………………………………………………………….. 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………….. 113
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………………………………….. 115
ПРИЛОЖЕНИЕ П1………………………………………………………………………………………………………………. 131
Благородные металлы, такие как золото и платина, нашли широкое
применение не только в ювелирном деле, но и в промышленности благодаря
своим уникальным свойствам, в том числе химической стойкости. Сплавы
платины, кроме того, отличаются повышенными жаропрочностью и
тугоплавкостью, сопротивлением высокотемпературной коррозии.
Значительный процент полуфабрикатов из благородных металлов выпускается в
виде проволоки.
Проволока из сплавов платины часто применяется для изготовления
химически стойких фильтров, катализаторных сеток, применяемых в
химической промышленности. Создание и совершенствование
биокаталитических, биосинтетических и биосенсорных технологий входит в
перечень критических технологий Российской Федерации.
Проволока из чистого золота применяется для изготовления токосъемной
аппаратуры высокой степени надежности. Последнее применение касается
выполнения задач, сформулированных в области разработки информационно-
телекоммуникационных систем, эти задачи входят в перечень приоритетных
направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации.
Вместе с тем, технологические процессы обработки золота, платины и их
сплавов являются недостаточно изученными, в том числе по причине отсутствия
сведений о реологических свойствах обрабатываемых материалов и дороговизне
самих материалов. В связи с этим, исследования, направленные на изучение
реологии указанных благородных металлов и на совершенствование приемов их
обработки следует считать актуальными.
Степень разработанности темы включает в себя изучение такой важной
величины для выполнения расчетов как сопротивление деформации. На основе
полученных данных выполнены расчеты напряженно-деформированного
состояния в процессах волочения и скальпирования указанных материалов в
производственных условиях.
Целью работы является выработка рекомендаций по совершенствованию
процесса производства тонкой и тончайшей проволоки из благородных
металлов.
Для достижения данной цели сформулированы следующие задачи:
изучить сопротивление деформации сплава платины Pt92,5Pd4Rh3,5 и
чистого золота в холодном состоянии;
поставить и решить краевые задачи поведения дефектов в процессах
тонкого и тончайшего волочения;
поставить и решить краевые задачи, описывающие напряженно-
деформированное состояние в процессе скальпирования
определить взаимное влияние процессов волочения и скальпирования
друга на друга, а также на изменение свойств деформируемого материала.
Научная новизна работы заключается в получении новых данных о
реологических свойствах золота и сплава платины, определении напряженно-
деформированного состояния этих материалов в процессах волочения и
скальпирования.
Теоретическая значимость работы заключается в результатах
математического моделирования процессов волочения и скальпирования,
которые расширяют знания об этих видах обработки металлов.
Практическая значимость работы состоит в формулировке
рекомендаций по рационализации процессов холодной обработки указанных
материалов.
Методология исследования построена на основных концепциях механики
деформируемого тела, в том числе на применении основных гипотез
(изотропности, несжимаемости и др.) и соответствующего математического
аппарата.
Методы исследования включают:
определение сопротивления деформации при испытаниях на
растяжение проволочных образцов в холодном состоянии при комбинации с
измерением условного предела текучести на образцах из многопроходного
процесса волочения;
применение сканирующей электронной микроскопии для выявления
дефектов с определением химического состава включений;
приближенное решение краевых задач методом конечных элементов в
программных модулях РАПИД, ABAQUS с целью определения напряженно-
деформированного состояния в процессах волочения и скальпирования.
Степень достоверности результатов подтверждена статистической
обработкой полученных данных, сравнением с известными аналогами из
технической литературы.
Апробация результатов работы выполнена путем докладов итогов
исследований на конференциях и публикацией в рецензируемых изданиях, в том
числе, зарубежных и из перечня ВАК.
Работа выполнена в рамках исследований, включенных в следующие
научные программы.
Перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и
техники в Российской Федерации и перечня критических технологий
Российской Федерации, утверждѐнными приказом Президента России от 7
июля 2011 года № 899.
Федеральный образовательный стандарт высшего образования по
направлению 22.06.01 Технология материалов, утвержденная приказом
Минобрнауки России от 30 июля 2014 № 888.
Проект N3 «Разработка технологии изготовления «легких» катализаторных
сеток», утвержденный приказом №15-4 от 21.04.2016 генерального
директора ООО «ЕЗОЦМ-Инжиниринг» Гроховского С.В. и генерального
директора ОАО «ЕЗОЦМ» Боровкова Д.А. и плану Научно-
исследовательских работ по совершенствованию технологии изготовления
продукции из драгметаллов Отдела главного технолога на 2016 г.
ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
В результате выполненной работы достигнута поставленная цель и
получены следующие результаты.
1. При использовании комбинированного метода измерения
сопротивления деформации по результатам растяжения отожженного образца и
определения условного предела текучести для предварительно нагартованных
образцов определены кривые упрочнения для золота Зл 99,99 и сплава
Pt92,5Pd4Rh3,5, ранее не известные в технической литературе. Выявлено, что
кривые упрочнения для сплава Pt92,5Pd4Rh3,5 имеют вид монотонно
возрастающих зависимостей, т.е. материал относится к классу упрочняющихся
сред, а кривые упрочнения золота имеют вид немонотонных зависимостей,
обладающих экстремальными свойствами.
2. Решение краевой задачи волочения проволоки с кольцевыми
пережимами методом конечных элементов показало возможность возникновения
на поверхности проволоки локальных зон с неблагоприятным для стабильного
волочения деформированным и напряженным состоянием. Решение краевой
задачи плоской деформации ограниченной области материала с наличием
посторонней частицы при нагружении этой области напряжениями,
характерными для волочения, показало возможность развития вторичных
дефектов в виде пор, примыкающих к частице.
3. Обосновано применение операции скальпирования для описанных
выше дефектов поверхности. Опытным и расчетным путем установлено, что
операция скальпирования создает нагартованный поверхностный слой металла,
обладающий повышенными прочностными свойствами, при этом степень
деформации сдвига в упрочненном слое достигает величины 1,8, что
соответствует степени деформации 1,0.
4. Показано, что при последующей операции волочения наличие
нагартованного слоя металла приводит к перераспределению деформаций и
напряжений в протягиваемой проволоке.
5. Несмотря на наличие позитивного воздействия на поверхность металла,
применение операции скальпирования при последующем волочении приводит к
повышению уровня растягивающих напряжений на поверхности проволоки, что
может провоцировать повышенную обрывность.
6. Наличие операции скальпирования может провоцировать
преждевременную рекристаллизацию особо чистых металлов.
7. Выявление особенностей совместного применения операций волочения
и скальпирования способствовало выработке рекомендаций для изменения
маршрутов холодной обработки проволоки из благородных металлов на АО
«Екатеринбургский завод ОЦМ».
Перспективы дальнейшей разработки темы. Разработанные в
диссертации основные положения и методики рекомендуется в перспективе
использовать для проектирования новых и совершенствования действующих
технологических режимов холодной обработки проволочной продукции.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (91 отзыв)
4.8 (211 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
5 (154 отзыва)
5 (8 отзывов)
5 (22 отзыва)
5 (145 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
4.5 (330 отзывов)
