Laboratorium Dużych Odkształceń Plastycznych CWS

Transkrypt

1 Laboratorium Dużych Odkształceń Plastycznych CWS W Katedrze Przeróbki Plastycznej i Metaloznawstwa Metali Nieżelaznych AGH utworzono nowoczesne laboratorium, które wyposażono w oryginalną w skali światowej 5-cylindrową prasę hydrauliczną o nacisku maksymalnym 600 kn (patent został udzielony w roku 2011). Prasa własnej konstrukcji (rys.1) umożliwia wywieranie nieograniczonych odkształceń plastycznych metodą cyklicznego wyciskania spęczającego (CWS). Zastępuje dawne, laboratoryjne urządzenie CWS, które zostało opatentowane w roku Pięciocylindrową prasę wyposażono w mikroprocesorowy system sterowania i kontroli pracy, który automatycznie dobiera odpowiednie przeciwciśnienie umożliwiające zachowanie spójności metali i stopów przy bardzo dużych odkształceniach plastycznych. Z wolnostojącym pulpitem sterującym współpracuje komputer PC, który na bieżąco rejestruje wszystkie ważne parametry realizowanych procesów. Poza tym za pomocą tego komputera instaluje się w mikroprocesorze prasy niezbędne programy sterownicze. Rys.1. Pięciocylindrowa prasa hydrauliczna z wolnostojącym pulpitem sterowniczym W środkowej części tej prasy umiejscowiono specjalne narzędzia złożone z dwustronnej matrycy, dwóch pojemników i dwóch stempli roboczych. Elementy narzędziowe, ułożone poziomo w układzie symetrycznym, pozwalają realizować bardzo duże odkształcenia dzięki zastosowaniu cyklicznego, posuwisto-zwrotnego ruchu stempli roboczych (rys. 2). W każdym cyklu następuje podwójne odkształcenie plastyczne: najpierw związane ze zmniejszeniem średnicy z wymiaru początkowego do wymiaru otworu matrycy (wyciskanie współbieżne), a potem ze zwiększeniem średnicy (za matrycą) z wymiaru otworu matrycy do wymiaru początkowego (spęczanie wyciskaniem promieniowym). W ten sposób uzyskuje się doskonałe warunki odkształcania plastycznego pozwalające na ciągłą zmianę mikrostruktury i własności mechanicznych przy zachowaniu jednakowych wymiarów materiału.

2 2 Rys. 2. Schemat układu hydraulicznego prasy Za pomocą skonstruowanej prasy hydraulicznej można wywierać na zimno bardzo duże odkształcenia plastyczne, które w obecności wysokich ciśnień hydrostatycznych pozwalają na znaczne rozdrobnienie mikrostruktury materiałów konwencjonalnych, zarówno litych jak i porowatych. Sposób przekształcenia mikrometrycznej struktury ziarnistej konwencjonalnych materiałów metalicznych w strukturę ultradrobnoziarnistą lub nanometryczną polega na reorganizacji struktury dyslokacyjnej, która tworzy się pod wpływem ogromnej liczby wzajemnie przecinających się pasm ścinania generowanych intensywnymi odkształceniami plastycznymi (rys. 3). Rys. 3. Wpływ intensywnych odkształceń plastycznych wywieranych na zimno metodą CWS na rozwój pasm ścinania oraz przebieg rozdrabniania mikrostruktury materiałów metalicznych

3 3 Za pomocą procesów CWS realizowanych na oryginalnej prasie można wytwarzać różne materiały ultradrobnoziarniste oraz nanomateriały, które odgrywają coraz większą rolę w wielu dziedzinach nowoczesnej techniki. Procesy CWS wykorzystuje się także do zagęszczania proszków metalicznych (wyeliminowania porowatości) oraz ich konsolidacji plastycznej za pomocą wiązań adhezyjnych (powierzchniowych, bezdyfuzyjnych). Z tego powodu nie trzeba stosować spiekania termicznego (dyfuzyjnego), które niszczy drobnoziarnistą mikrostrukturę cząstek metalicznych. Oryginalna budowa skonstruowanej 5-cylindrowej prasy hydraulicznej pozwala na realizację wielu różnych innowacyjnych procesów przeróbki plastycznej. W tym celu wystarczy zastosować jedynie nowe narzędzia, odpowiednio dostosowane do wymaganego procesu., Na przykład stwierdzono, że 5-cylindrowa prasa hydrauliczna wykazuje dużą przydatność technologiczną do wytwarzania precyzyjnych wyrobów metalowych (wyprasek) za pomocą dwustronnych procesów wyciskania na zimno, i to nie tylko procesów współbieżnych, przeciwbieżnych i bocznych, ale także bardzo trudnych procesów promieniowych. Przykłady innowacyjnych procesów wykonywanych na 5-cylindrowej prasie hydraulicznej 1. Rozdrabnianie mikrostruktury materiałów konwencjonalnych metodą CWS (rys. 4, rys. 5) - wytwarzanie materiałów ultradrobnoziarnistych (φ z < 1 µm) oraz nanomateriałów (φ z < 100 nm) Rys. 4. Powierzchniowe ślady wzajemnego przecinania się pasm ścinania widoczne podczas rozdrabniania mikrometrycznej struktury ziarnistej stopu aluminium 6082 metodą CWS (ε=25,3, 15 cykli) Rys. 5. Warunki tworzenia nanostruktury w stopie aluminium 6082 (AlMgSi)

4 4 2. Zagęszczanie i konsolidacja plastyczna proszków metali metodą CWS (rys. 6, rys. 7, rys. 8) Rys. 6. Układ narzędzi podczas zagęszczania i konsolidacji plastycznej proszków srebra przeznaczonych na styki elektryczne Rys. 7. Mikrostruktura proszków srebra zagęszczanych i konsolidowanych plastycznie metodą CWS z zastosowaniem odkształcenia rzeczywistego ε=0,42 oraz ε=25,3 (1 cykl oraz 60 cykli) Rys. 8. Rozdrobniona mikrostruktura proszku AgSnBi konsolidowanego plastycznie metodą CWS z zastosowaniem odkształcenia rzeczywistego ε=13,5 (32 cykle)

5 5 3. Wytwarzanie wyrobów precyzyjnych metodą dwustronnego wyciskania promieniowego (rys. 9, rys. 10) Rys. 9. Sposób zabudowy narzędzi przeznaczonych do precyzyjnego kształtowania metali metodą dwustronnego wyciskania promieniowego Rys. 10. Precyzyjne wyroby otrzymane dwustronnym wyciskaniem promieniowym Oferta technologiczna: Centrum Transferu Technologii AGH > > Lokalizacja laboratorium: AGH, pawilon A2, hala maszyn (parter), pok. HA03