Akademia Górniczo-Hutnicza. Rozprawa Doktorska

Transkrypt

1 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Plastycznej Przeróbki Metali Rozprawa Doktorska mgr inż. Michał Wielgus Własności mechaniczne wyrobów ciągnionych z dużą niejednorodnością akumulacji odkształcenia Promotor: Prof. dr hab. inż. Janusz Majta Kraków, 2010

2 W sposób szczególny pragnę w tym miejscu podziękować panu Prof. dr hab. inż. Januszowi Majta za nieocenioną pomoc, wsparcie oraz motywację do tworzenia nowatorskich rozwiązań naukowych a każdemu młodemu naukowcowi życzyłbym takiego promotora. 1

3 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie Stan zagadnienia Niejednorodność odkształcenia Własności mechaniczne wyrobów ciągnionych oraz ich niejednorodność Niejednorodność własności mechanicznych wyrobów ciągnionych Wykorzystanie silnej akumulacji odkształcenia w celu uzyskania zmian w mikrostrukturze oraz własnościach mechanicznych Cel i teza pracy Badania własne Ogólna charakterystyka kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC Wybór materiałów badawczych Obróbka cieplna Wyniki badań Siły ciągnienia podczas procesu KWC Badania własności mechanicznych Próba dwukierunkowego przeginania drutu Ocena lokalnych wartości odkształcenia w drutach ciągnionych Badania mikrostruktury Symulacje komputerowe Dyskusja wyników badań Podsumowanie i wnioski Literatura

4 SPIS WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ d 0, d k E F c h 2 L R m R 0,2 S 0, S k v c z z c z i α β γ ε H λ R ϕ ε c ε i σ c S 1 S k a g 1 g 2 s gmin HV SPD ECAP ECAD KWC - początkowa i końcowa średnica ciągnionego wyrobu, - moduł Younga (moduł sprężystości wzdłużnej), - siła ciągnienia, - wysokość stożka zgniatającego ciągadła, - długość części kalibrującej ciągadła, - wytrzymałość na rozciąganie, - umowna granica plastyczności, - powierzchnia przekroju początkowego i końcowego wyrobu, - prędkość ciągnienia, - względny ubytek przekroju, gniot, - gniot całkowity, - gnioty częściowe, - kąt skręcenia płyt lub kąt ciągnienia - stożka smarującego - kąt stożka wyjściowego - odkształcenie jednorodne, - współczynnik wydłużenia, - odległość osi ciągadeł od osi obrotu płyt lub promień nagniatania lub promień wygięcia drutu - odkształceniowy czynnik zbędności - odkształcenie całkowite - intensywność odkształcenia - naprężenie ciągnienia, - odchylenie od osi ciągnienia na wyjściu w stosunku do osi ciągnienia na wejściu - pole przekroju poprzecznego materiału wychodzącego z ciągadła lub odchylenie od osi ciągnienia podobnie jak S 1 - odległość pomiędzy wkładkami w tarczach lub parametr potrzebny do wyznaczania geometrii ciągadeł - grubość klina górnego - grubość klina dolnego - przekrój w części kalibrującej - twardość wg Vickersa - severe plastic deformation (odkształcenie z dużą akumulacją energii odkształcenia) - Equal channel angular pressing - proces wyciskania przez kanał kątowy - Equal Channel Angular Drawing (kątowe wielostopniowe ciągnienie) - kątowe wielostopniowe ciągnienie 3

5 1. WPROWADZENIE Wśród czynników procesowych i materiałowych historia odkształcania, a zwłaszcza zmienna droga odkształcania oraz silne rozdrobnienie struktury, są szczególnie interesującymi ze względu na możliwość tworzenia nowych technologii i materiałów o bardzo korzystnych własnościach. Możliwość akumulowania maksymalnie dużego odkształcenia oraz kontrolowanie jego niejednorodności jest kluczowe dla nowoczesnych technologii wytwarzania materiałów ultradrobnoziarnistych i nanokrystalicznych. Przedstawione w pracy wyniki badań otrzymano dzięki zastosowaniu nowej technologii, która pozwoliła na kontrolowaną akumulację odkształcenia. Wykorzystana technologia powstała w wyniku zaadaptowania idei metody ECAD (equal channel angular drawing) oraz tradycyjnego ciągnienia przez matrycę stożkową w zespolonym układzie ciągadeł. Wyroby ciągnione charakteryzujące się zróżnicowanymi własnościami mechanicznymi otrzymane dzięki zastosowaniu silnej akumulacji odkształcenia z określoną niejednorodnością stanowią atrakcyjny materiał konstrukcyjny. Charakteryzują się one różnymi własnościami dla tego samego składu chemicznego oraz przy wykorzystaniu już stosowanych technik wytwarzania (przeróbka cieplno-plastyczna, procesy ciągnienia). W celu wytworzenia materiału badawczego który charakteryzuje się dużą niejednorodnością odkształcenia koniecznym było zaprojektowanie oraz zbudowanie nowego stanowiska badawczego. W efekcie powstało nowe urządzenie KWC (kątowe wielostopniowe ciągnienie), w którym dodatkowe odkształcenie skumulowane jest na drodze ciągnienia przez stożek zgniatający ciągadła a następnie ponowne jednostronne dogniatanie kątowe na wyjściu ze strefy odkształcenia. Nastawy urządzenia umożliwiają nieosiowe podawanie drutu, czyli wytworzenie warunków dla niejednorodnego odkształcenia podobnie jak w metodzie ECAD. Proponowany w niniejszej pracy proces ciągnienia z akumulacją odkształcenia uzyskaną dzięki zmiennej drodze odkształcania za pomocą urządzenia KWC jest procesem zupełnie nowym, nie posiadającym odpowiednika zarówno w kraju jak i na świecie (na podstawie wyników badań czystości patentowej). Bezpośrednim efektem zastosowania proponowanej technologii jest niejednorodny rozkład odkształcenia na przekroju poprzecznym ciągnionego wyrobu. W konsekwencji, wielkość całkowitego odkształcenia jest dużo większa od wynikającej z redukcji średnicy w tradycyjnym 4

6 procesie ciągnienia. W rezultacie można uzyskać efekty zakumulowania energii odkształcenia, podobnie jak w przypadku technik SPD (Severe Plastic Deformation przeróbka plastyczna z silną akumulacją odkształcenia). Dodatkowo w wyniku zastosowania obróbki cieplnej po ciągnieniu można kontrolować efekty umocnienia odkształceniowego w postaci podstruktury dyslokacyjnej. Niemniej, mikrostruktura gotowego wyrobu charakteryzuje się silną niejednorodnością tzn. warstwy zewnętrzne posiadają strukturę będącą efektem zmagazynowania dużej energii odkształcenia natomiast w warstwach bliższych osi, struktura pozostaje mniej umocniona. Dzięki zróżnicowaniu efektów umocnienia odkształceniowego oraz wielkości ziarna, taka niejednorodność odkształcenia umożliwia wytworzenie optymalnej kombinacji własności mechanicznych w wyrobach ciągnionych metodą KWC. Wykorzystanie stali i stopów jako materiału wsadowego do procesów ciągnienia profili okrągłych daje możliwość uzyskiwania wyrobów o tej samej średnicy, tym samym składzie chemicznym lecz o zróżnicowanych na przekroju poprzecznym własnościach. Istnieje wiele parametrów procesu ciągnienia, poprzez które możemy w znaczący sposób wpływać na zróżnicowanie własności końcowych wyrobu. Stopień redukcji średnicy, wielkość całkowitej, zmagazynowanej energii odkształcenia możemy kontrolować stosując odpowiednie wielkości gniotu całkowitego oraz gnioty częściowe czyli tzw. schemat ciągnienia. Kolejnym parametrem procesowym jest kształt strefy zgniatającej ciągadła m.in. kąt ciągnienia. Zastosowanie ciągadeł łukowych - kąt ciągnienia zmienia się w trakcie przechodzenia materiału przez strefę odkształcania ciągadła - daje dodatkowe możliwości kształtowania warunków odkształcania. Bardzo duży wpływ na przebieg procesu ciągnienia oraz kumulację odkształcenia mają warunki smarowania, a w efekcie tarcie. Prędkość ciągnienia, również ma istotny wpływ na własności końcowe wyrobu. Zastosowane w metodzie KWC nieosiowe wejście i wyjście materiału z ciągadła stanowią dodatkowe parametry procesu ciągnienia, a tym samym mają znaczący wpływ na końcowe własności wyrobu. Wytworzenie warunków ciągnienia, odpowiadających schematowi naprężeń charakterystycznemu dla czystego ścinania, w sposób istotny stwarza nowe warunki odkształcania w porównaniu ze standardowym procesem ciągnienia. W analizie wpływu wielkości odkształcenia na wielkość i rozkład naprężeń własnych istotne znaczenie ma całkowita wielkość gniotu oraz gnioty częściowe w poszczególnych ciągach. Zmienna droga odkształcenia powoduje dodatkowe kumulowanie wszystkich wyżej wymienionych parametrów. Im bardziej złożona droga odkształcania - bogatsza historia odkształcenia - tym większy 5

7 jest udział odkształceń postaciowych, a tym samym większy udział makrościnania wewnątrz ciągnionego wyrobu. Silnie przerobiony plastycznie materiał przy mniejszej redukcji średnicy, stanowi atrakcyjny produkt gotowy lub półprodukt do dalszej przeróbki plastycznej. Ścisłe określenie związków pomiędzy historią odkształcenia (wielkość gniotów częściowych, schemat ciągnienia itp.) a rozwojem mikrostruktury i własnościami wyrobu gotowego ma szczególnie duże znaczenie w procesie projektowania nowych obszarów zastosowań wyrobów ciągnionych. 6

8 2. STAN ZAGADNIENIA Wykorzystanie mechaniki ośrodków ciągłych oraz podstaw dyslokacyjnej teorii plastycznego płynięcia jest konieczne dla właściwej analizy podjętych w pracy problemów. Spośród wielu kluczowych czynników procesowych i materiałowych wpływających na własności mechaniczne wyrobów ciągnionych wyróżnić można dwa najbardziej istotne, tj. niejednorodność odkształcenia, wynikające z tego umocnienie oraz rozdrobnienie mikrostruktury. Zdecydowana większość prezentowanych w literaturze badań nad własnościami mechanicznymi wyrobów ciągnionych dotyczy materiałów jednofazowych, ewentualnie umocnionych wydzieleniowo lub roztworowo. Prezentowane wyniki badań najczęściej uzyskiwano w procesach ciągnienia z osiowosymetryczną niejednorodnością odkształcenia. W obecnych badaniach szczegółowej analizie poddano niejednorodność odkształcenia jako efekt złożonego schematu stanu naprężenia. W celu zachowania jednoznacznej oceny uzyskiwanych wyników, bez konieczności uwzględniania oddziaływania dodatkowych poza umocnieniem odkształceniowym źródeł umocnienia np. pochodzących od różnych składników strukturalnych w pracy jako podstawowy materiał badawczy zastosowano stal niskowęglową w postaci walcówki. Przyjęty materiał badawczy charakteryzuje również bardzo szeroki zakres możliwych zastosowań przemysłowych. Jako materiał referencyjny zastosowano w niektórych badaniach walcówkę miedzianą. 2.1 NIEJEDNORODNOŚĆ ODKSZTAŁCENIA Charakterystyczna dla wyrobów ciągnionych niejednorodność odkształcenia jest przyczyną nierównomiernego rozkładu własności na ich przekroju poprzecznym. Obecność określonej niejednorodności odkształcenia i jej efektów w wyrobach ciągnionych wynika z charakteru plastycznego płynięcia materiału tzn. przepływu przez zwężającą się matrycę. Zróżnicowany rozkład odkształcenia pociąga za sobą zróżnicowanie w mikrostrukturze i w efekcie we własnościach mechanicznych, średnich i lokalnych. Wynika to z faktu zróżnicowania umocnienia odkształceniowego materiału, co z kolei jest wynikiem różnic w lokalizacji odkształcenia. Wykorzystując powyższe zależności w badaniach doświadczalnych można określić zarówno jakościowo, jak i ilościowo niejednorodność odkształcenia oraz niejednorodność 7

9 własności. Na niejednorodność odkształcenia decydujący wpływ ma charakter plastycznego płynięcia materiału przez ciągadło. Najczęściej wykorzystuje się tutaj badania doświadczalne, np. analizę zmiany kształtu i wymiarów siatki koordynacyjnej naniesionej na przekroju wzdłużnym, ciągnionego wyrobu Rys Zmiany kształtu elementów kwadratowych wskazują na występowanie wewnątrz ciągnionego materiału odkształceń postaciowych, gdyż odkształcenia te są związane ze zmianą kątów prostych. Obecność elips, których osie są nachylone pod pewnym kątem do osi ciągnienia, jest dowodem na występowanie wewnątrz materiału zjawiska tzw. makrościnania, w którego wyniku następuje obrót myślowoo wyodrębnionych elementów (tzn. obrót osi elipsy jest spowodowany makrościnaniem). Podobnego lecz silniejszego w efektach zjawiska należy oczekiwać również podczas ciągnienia w proponowanym w niniejszej pracy nowym urządzeniu do kątowegoo wielostopniowego ciągnienia (KWC). Każde odkształcenie postaciowe związane jest ze ścinaniem, lub inaczej z makrościnaniem, w odróżnieniu od ścinania występującego wewnątrz pojedynczego ziarna materiału lub w komórce elementarnej sieci krystalicznej. Rys. 2.1 Schemat zmian kształtu siatki koordynacyjnej przy ciągnieniu pełnego profilu okrągłego przez stożkowe ciągadło [1,2,3]. 8

10 W konwencjonalnym procesie ciągnienia elementy kwadratowe i kołowe siatki leżące w osi wyrobu nie wykazują odkształceń postaciowych, nie występuje tam więc zjawisko makrościnania. W zastosowanej nowej metodzie KWC strefa ta może być inaczej zlokalizowana na przekroju poprzecznym. Elementy kwadratowe i kołowe leżące poza osią materiału (szczególnie w pobliżu powierzchni) ulegają dodatkowym odkształceniom postaciowym w wyniku ścinania (makrościnania), które towarzyszy wymuszonemu przepływowi materiału przez ciągadło. Dodatkowe odkształcenia postaciowe są tym większe, im większy jest kąt ciągnienia i współczynnik tarcia. W literaturze odkształcenie postaciowe noszą często nazwę zbędnych. Urządzenie KWC daje możliwość stopniowania kumulacji odkształceń zbędnych oraz jego zróżnicowania na przekroju poprzecznym drutu. Odkształcenia zbędne są wynikiem sumowania się odkształceń związanych z wewnętrznym makrościnaniem występującym na granicach obszaru odkształcenia plastycznego i w jego wnętrzu. Są one przyczyną niejednorodności odkształcenia, co z kolei powoduje niejednorodność własności gotowego wyrobu. Podstawowym problemem do rozwiązania pozostaje właściwa ocena ilościowa pomiędzy tymi niejednorodnościami, zwłaszcza uzyskanymi w efekcie różnych historii odkształcenia. 2.2 WŁASNOŚCI MECHANICZNE WYROBÓW CIĄGNIONYCH ORAZ ICH NIEJEDNORODNOŚĆ Skład chemiczny metali i ich stopów oraz zmiany w mikrostrukturze będące efektem przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej są podstawowymi źródłami zróżnicowania własności mechanicznych. Podczas projektowania procesu ciągnienia głównym celem tworzonej technologii jest uzyskanie wyrobu końcowego charakteryzującego się odpowiednią kombinacją własności wytrzymałościowych i plastycznych. Odkształcenie plastyczne zachodzące poniżej temperatury rekrystalizacji (przeróbka plastyczna na zimno) powoduje wystąpienie zjawiska umocnienia (zwanego również umocnieniem odkształceniowym). Umocnieniem nazywa się całokształt zmian własności materiału w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno. Zmianie ulegają więc własności mechaniczne i fizyczne. Ograniczając się do własności mechanicznych, można stwierdzić, że wzrost umocnienia powoduje wzrost własności 9

11 wytrzymałościowych (naprężenia uplastyczniającego, wytrzymałości na rozciąganie, twardości), pogarszają się natomiast własności plastyczne, (wydłużenie, przewężenie, udarność). Zjawiska umocnienia materiałów metalicznych poddawanych przeróbce plastycznej są dobrze znane i szczegółowo opisywane w literaturze [4,5,6,7]. Odkształcenie plastyczne jest ściśle związane z trwałym przemieszczeniem się dyslokacji. Odkształcenie plastyczne na zimno powoduje wiele zjawisk, które utrudniają dalszy proces plastycznego płynięcia, a mianowicie: rośnie gęstość dyslokacji, tworzą się dyslokacje osiadłe, które hamują przemieszczanie się dyslokacji w płaszczyznach poślizgu, następuje rozdrobnienie ziarn. Wszystko to sprawia, że maleje droga swobodnego ruchu dyslokacji i w miarę wzrostu odkształcenia (a tym samym wzrostu umocnienia) należy przykładać coraz większe naprężenia, aby doprowadzić do dalszego odkształcenia plastycznego. Jak już wspomniano podstawowym parametrem procesu ciągnienia, determinującym własności mechaniczne wyrobów gotowych o danym składzie chemicznym, jest wielkość odkształcenia. Obowiązuje tutaj ogólna zasada: im większe odkształcenie, tym wyrób ma wyższe własności wytrzymałościowe i tym gorsze własności plastyczne. Na niejednorodność odkształcenia oraz własności mechaniczne wpływa też bardzo wyraźnie obróbka cieplna materiału zarówno przed ciągnieniem i po ciągnieniu, a także te parametry procesu, które powodują wzrost całkowitego odkształcenia (przy zadanym gniocie) na skutek wystąpienia odkształceń zbędnych [8]. Podstawowymi parametrami procesowymi wpływającymi na niejednorodność odkształcenia są: kąt ciągnienia, tarcie na powierzchni styku metal-ciągadło. Niejednorodność odkształcenia jest podstawową przyczyną powstawania niejednorodności własności na przekroju poprzecznym ciągnionych wyrobów. Na skutek występowania dodatkowych odkształceń postaciowych (odkształceń zbędnych), osiągających zwykle największą wartość na powierzchni wyrobu, mamy do czynienia z tzw. umocnieniem dodatkowym. Wyodrębnione warstwy materiału wykazują różne własności ze względu na różny stopień umocnienia, będący z kolei wynikiem niejednorodności odkształcenia. Umocnienie wynikające z odkształcenia jednorodnego (czyli z redukcji średnicy), wystąpi jedynie w osi ciągnionego wyrobu. W miarę 10

12 oddalania się od niej rosną odkształcenia zbędne, wzrasta tym samym intensywność odkształcenia i materiał ulega coraz większemu umocnieniu. W warstwach zewnętrznych można więc oczekiwać poprawy własności wytrzymałościowych i pogorszenia się własności plastycznych. W urządzeniu KWC mamy czynienia ze szczególnie dużym niejednorodnym odkształceniem na przekroju poprzecznym stąd w warstwach zewnętrznych można spodziewać się dodatkowego zróżnicowania własności wytrzymałościowych i plastycznych. Dodatkowymi czynnikami powodującymi niejednorodność własności m.in. [1]: rozkład temperatury w obszarze odkształcenia, tekstura powstająca w trakcie ciągnienia, różnice w wielkości ziarna wynikające z historii odkształcenia i z zabiegów obróbki cieplnej. Pomiar własności mechanicznych wyrobów jest trudny. Najczęściej do wyznaczania lokalnych własności mechanicznych wyrobów oraz ich zróżnicowania stosuje się pomiar twardości. Istnieje kilka metod pomiaru twardości. W niniejszej pracy wykorzystano metodę pomiaru twardości Vickersa. Zastosowanie małych obciążeń wgłębnika, umożliwia zlokalizowanie odcisku na możliwie niewielkiej powierzchni. Wielu autorów uważa, że twardość jest jednoznaczną funkcją intensywności naprężenia wywołującego odkształcenie plastyczne. Natomiast związek między twardością a intensywnością odkształceń plastycznych wynika z hipotezy o jednej krzywej wzmocnienia. Inni autorzy uważają, że twardość jest jednoznaczną funkcją intensywności odkształceń i nie zależy od sposobu w jaki te odkształcenia otrzymano [9]. Wyznaczenie lokalnych wartości całkowitego zastępczego odkształcenia ( ) na podstawie pomiaru twardości HV, wymaga uprzedniej konstrukcji krzywej: = ( ) (2.1) zwanej często krzywą twardości. Konstruuje się ją doświadczalnie, najczęściej poprzez jednoosiowe rozciąganie lub beztarciowe jednoosiowe ściskanie próbek z zastosowaniem różnych wielkości odkształceń. Mierząc następnie twardość odkształconych próbek można skonstruować krzywą = ( ) [10]. Dla przykładu na Rys. 2.2 zaprezentowano rozkłady twardości dla różnych badanych schematów ciągnienia stali austenitycznej 1H18N9T. 11

13 Rys. 2.2 Rozkłady twardości HV5 wzdłuż promienia ciągnionych prętów (przekroje poprzeczne) w zależności od gniotu z i kąta ciągnienia 2α [10]. We wszystkich badanych przypadkach widać nierównomierność twardości na przekroju. Nierównomierność ta maleje wraz ze wzrostem zastosowanego gniotu. Kąt ciągadła 2α wpływa na twardość na przekroju prętów. Widoczny jest wzrost twardości na przekroju przy użyciu ciągadeł o większym kącie 2α. Natomiast twardość w osi badanych prętów nie jest uzależniona od kąta ciągadła 2α. Wniosek ten potwierdza teoretyczne przesłanki, które mówią, że w osi ciągnionych wyrobów o przekroju kołowym całkowite zastępcze odkształcenie ( ) jest równe odkształceniu jednorodnemu ( ), które wynika ze zmiany przekroju ciągnionego pręta: ε = 2 ln (2.2) Zależność zachodząca w osi ciągnionych prętów =, wynika z faktu, że w osi nie występują odkształceniaa zbędne, które są wynikiem wewnętrznego makrościnania. Na podstawie otrzymanych wyników z pomiarów twardości można skonstruować wspomnianą wcześniej krzywą twardości (Rys. 2.3): 5 = ( ) (2.3) 12

14 Rys. 2.3 Krzywa twardości dla stali 1H18N9T [10]. Na Rys. 2.3 przedstawiono wyznaczoną doświadczalnie krzywą twardości w układzie twardość HV5 intensywność odkształcenia. Otrzymana krzywa twardości może posłużyć do wyznaczania lokalnych wartości całkowitego zastępczego odkształcenia w wyrobach ciągnionych o przekroju kołowym. Istnieje wiele metod pozwalających na stworzenie krzywej twardości. Spośród najbardziej rozpowszechnionych wymienić należy: próba ściskania, próba jednoosiowego rozciągania, metody mieszane. Jak już wspomniano najczęściej krzywa twardości przedstawiana jest jako zależność twardości od intensywności odkształcenia: = ( ) (2.4) Niemniej, można przedstawić również zależność twardości od intensywności naprężenia: 5= ( ) (2.5) 13

15 Zastosowanie wzoru 2.5 pozwala na wykorzystanie rzeczywistych procesów przeróbki plastycznej do oceny niejednorodności odkształcenia i własności mechanicznych. Przykładem jest wykorzystanie procesu ciągnienia profili okrągłych. Koncepcję krzywej twardości otrzymanej z procesu ciągnienia przedstawiono w pracy [11]. Koncepcja ta wykorzystuje fakt, że w osi ciągnionych wyrobów o przekroju kołowym występuje odkształcenie jednorodne. Pomiary twardości można wykonywać zarówno na przekroju poprzecznym, jak i wzdłużnym. Uzyskanie przekroju wzdłużnego jest bardzo czasochłonne, lecz przekrój taki daje więcej punktów pomiarowych w osi. Wykonanie badań na przekroju poprzecznym jest szybsze, lecz może prowadzić do zawyżania wyników na skutek konieczności wykonywania pomiarów w najbliższej odległości od środka próbki. Jest to istotne z powodu wzrostu odkształceń zbędnych wraz z oddalaniem się od osi próbki. Opisuje to następująca zależność: ε ε c ϕ = (2.6) H gdzie: odkształcenie całkowite, odkształcenie jednorodne, odkształceniowy czynnik zbędności. Dla przykładu, w pracy [11] do budowy krzywej twardości wykorzystano trzy procesy odkształcania, różniące się schematami stanu mechanicznego: jednoosiowe rozciąganie, jednoosiowe ściskanie, proces ciągnienia. Na podstawie uzyskanych wyników zbudowano krzywe twardości dla każdego ze schematów i dla porównania zestawiono je na jednym wykresie (Rys. 2.4): 14

16 Rys. 2.4 Zestawienie krzywych twardości uzyskanych w różnych procesach odkształcania [11]. Na wykresach przedstawionych na Rys. 2.4 widać, że krzywe twardości z próby ściskania i rozciągania mają niemalże taki sam przebieg, natomiast wyniki uzyskane z procesu ciągnienia są wyraźnie inne. Przedstawiona metoda krzywej twardości zastosowana do oceny niejednorodności odkształcenia i własności mechanicznych jest stosunkowo prostą, nie obarczoną istotnymi błędami oraz pozwalającą na jednoznaczną ocenę związków pomiędzy odkształceniem a umocnieniem w procesie ciągnienia. 2.3 NIEJEDNORODNOŚĆ WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH WYROBÓW CIĄGNIONYCH. Własności mechaniczne danego materiału można określić poprzez wykorzystanie szeregu prób wytrzymałościowych takich jak: próby statycznego jednoosiowego rozciągania lub ściskania, próby ścinania, skręcania lub pomiary twardości. Tym co determinuje własności mechaniczne od strony procesu odkształcania jest przede wszystkim wielkość zadanego odkształcenia. Ogólnie, im większe odkształcenie tym wyższe są własności wytrzymałościowe i tym mniejsze własności plastyczne. W przypadku wyrobów ciągnionych na własności mechaniczne wpływają następujące parametry procesu: kąt ciągnienia, schematy ciągnienia (rozkład i wielkość gniotów częściowych), tarcie, obróbka cieplna ciągnionego materiału. 15

17 Najczęściej wraz ze wzrostem własności wytrzymałościowych (R m, R 0,2 ) wynikających ze wzrostu gniotu obserwujemy obniżenie własności plastycznych (A, Z). Badania własności mechanicznych, przeprowadzane najczęściej jako próba jednoosiowego rozciągania, informują nas o średnim poziomie własności mechanicznych w próbce o określonych wymiarach. W statycznej próbie rozciągania wyznacza się średnią wartość określonej własności, pomijając zupełnie fakt możliwości istnienia niejednorodności efektów wcześniejszego odkształcania na przekroju poprzecznym. Jest oczywiste, że stopień niejednorodności odkształcenia rzutuje na uzyskiwane w pomiarach wartości własności mechanicznych. Na przykład zmieniając kąt ciągnienia zmieniana jest również powierzchnia tarcia pomiędzy materiałem a ciągadłem, a to z kolei zmienia warunki plastycznego płynięcia. W efekcie uzyskana niejednorodność odkształcenia pociąga za sobą niejednorodność własności mechanicznych i w końcu wynikową wartość mierzonych własności mechanicznych badanych wyrobów. 2.4 WYKORZYSTANIE SILNEJ AKUMULACJI ODKSZTAŁCENIA W CELU UZYSKANIA ZMIAN W MIKROSTRUKTURZE ORAZ WŁASNOŚCIACH MECHANICZNYCH. Istnieje wiele metod, które umożliwiają kumulację bardzo dużych odkształceń plastycznych w strukturze metali i stopów. Najczęściej metody te zaliczane są do tzw. metod SPD (ang. Severe Plastic Deformation) czyli metody wykorzystujące silną akumulację odkształcenia. Niektóre z stosowanych metod SPD przedstawiono w Tabela 2.1 Metody te stosuje się w celu uzyskania mikrostruktury ultra drobnoziarnistej, która podwyższa własności wytrzymałościowe oraz poprawia niektóre własności technologiczne uzyskiwanych wyrobów [12,13,14,15,16]. Jedną z dominujących cech charakteryzujących metody SPD jest silna akumulacja efektów odkształcenia oraz jego niejednorodności. Tabela 2.1 Zestawienie różnych metod SPD (ang. Severe Plastic Deformation) Nazwa procesu Schemat ECAP [17,18,19,20,21,22,23] ang. Equal channel angular pressing - proces wyciskania przez kanał kątowy. 16

18 HPT [24] ang. High-pressure torsion - proces skręcania pod ciśnieniem. CEC [25] ang. Cyclic extrusion compression - proces cyklicznego wyciskania. MF ang. Multiaxial forming - proces wieloosiowego kucia. TE [26] ang. Continuous SPD processes procesy ciągłe z dużą akumulacją odkształcenia ARB [27] ang. Accumulative roll bonding - proces pakietowego walcowania blach. RCS [28] ang. Repetitive corrugation and straightening - proces powtarzającego się fałdowania i prostowywania. CSPD [29] ang. Continuous severe plastic deformation - procesy ciągłe akumulacji odkształcenia. ECAP Conform [30]. I-ECAP [31], ang. Incremental deformation processes - przyrostowy sposób wyciskania przez kanał kątowy. 17

19 a) Conshearing [32], b) ECAD [33,34]. ang. Equal Channel Angular Drawing ciągnienie przez kanał kątowy. a) b) Szczególnie istotną w procesach SPD jest zmienna droga odkształcenia która pozwala na uzyskanie szeregu efektów strukturalnych w materiale poddawanym odkształceniu. Na Rys. 2.5 przedstawione są przykładowe drogi odkształcania w procesach ECAP. Kontrolowanie parametrów charakteryzujących drogę odkształcania w efekcie daje możliwość kontrolowania własności wyrobu końcowego. Wykorzystuje się w tym wypadku mechanizmu tzw. rekrystalizacji in situ tzn. efekt rozdrobnienia ziarna wynikający z silnej akumulacji energii odkształcenia [35,36]. Możliwość uzyskania podobnych efektów w procesie ciągnienia profili okrągłych stało się podstawą dla metody ECAD, a w konsekwencji do zaprojektowania urządzenia KWC będącego efektem realizacji niniejszej pracy. Przykładowe drogi odkształcania w procesach SPD zostały przedstawione na rys Rys. 2.5 Schematy czterech możliwych dróg odkształcania kęsa między kolejnymi przepustami w matrycy podczas procesu wyciskania przez kanał kątowy ECAP [37,38,39,40]. Dobór parametrów, narzędzi, drogi odkształcania oraz wykorzystanie wyników analizy teoretycznej zjawisk zachodzących w silnie odkształcanych materiałach, w tym również ultradrobnoziarnistych [35,36] pozwala zaprojektować proces ciągnienia, którego efektem jest uzyskanie materiału o określonych własnościach mechanicznych i plastycznych. Efekty procesów odkształcania metodami SPD, w tym przede wszystkim metody ECAD stanowiły bezpośrednią inspirację do zaprojektowania i stworzenia 18

20 przedstawionej w dalszej części pracy nowej technologii ciągnienia tj. metody kątowego wielostopniowego ciągnienia - KWC. METODY ECAD Metoda ECAD (ang. Equal Channel Angular Drawing) - kątowe wielostopniowe ciągnienie polega na ciągnieniu profilu okrągłego przez kanał kątowy. Przykładowe, rozwiązanie metody ECAD przedstawiono na Rys. 2.6 [41]. Urządzenie do ciągnienia profilu okrągłego posiada matrycę z ciągłym, kątowym kanałem odkształcania, z odgiętym pod kątem 90 względem linii ciągnienia kanałem wejściowym. W kątowym kanale odkształcania następuje zarówno zmiana średnicy profilu jak i jednostronne nagniatanie materiału narożem wewnętrznym zagięcia. Zależność intensywności odkształcenia od czasu uzyskaną w symulacji ECAD, gdzie odkształcenie mierzone było w trzech wybranych punktach na przekroju poprzecznym, stąd trzy krzywe, przedstawiono na wykresie (Rys. 2.6). Rys. 2.6 Wykresy zależności intensywności odkształcenia [41]. Inne rozwiązanie przedstawiono na Rys. 2.7 [42]. Przedstawione tutaj urządzenie z zespołem matryc mających kanały odkształcania zagięte pod kątem prostym lub rozwartym. Rysunek ten przedstawia równocześnie sposób doprowadzania jak i wyprowadzania materiału z matrycy. 19

21 Rys. 2.7 Rozwiązania konstrukcyjne procesu ECAP [42]. W każdym kolejnym przejściu materiału przez matrycę próbka jest obracana wokół osi o 90, czego efektem jest obwodowe ujednorodnienie rozkładu zakumulowanych odkształceń i wynikowej mikrostruktury materiału. Często wykorzystywane jest również rozwiązanie przedstawione na Rys. 2.8 ω Rys. 2.8 Zespół dwóch ciągadeł obrotowych względem siebie [43]. Zespół dwóch ciągadeł zamocowanych w równoległych tarczach przylegających czołami do siebie [43]. Oczka ciągadeł tworzą ciągły kanał odkształcania, o charakterze stożkowym. Jedno lub oba ciągadła wprowadzane są w ruch obrotowy względem osi obrotu przechodzącej w płaszczyźnie przylegania ciągadeł przez oś kanału, ale usytuowanej mimośrodowo względem osi symetrii oczek zarówno ciągadła wejściowego jak i wyjściowego. Oddziaływania nakładających się poprzecznie względem linii ciągnienia - obwodowo-obrotowego obrotowego nacisku mimośrodowej powierzchni oczka oraz malejącego przekroju poprzecznego oczek ciągadeł - wywołują przeginanie, destabilizację struktury i lokalizację plastycznego płynięcia w pasmach 20

22 ścinania ze skutkiem znaczącego rozdrobnienia i poprawy własności plastycznych materiału. Najbardziej zbliżonym do metody wykorzystanej w niniejszej pracy jest proces ECAD opisana np. w pracy [44]. Ogólny schemat urządzenia oraz przykładowe wyniki symulacji komputerowej przedstawionego procesu ECAD pokazano na rys. Rys. 2.9 oraz na rysunkach 2.10, 2.11, i a) b) Rys. 2.9 a) - Symulacja procesu ECAD przy wykorzystaniu MES, b) rzeczywisty proces ciągnienia przez kanał kątowy (ECAD). [44] a) b) Rys Wyniki symulacji a) pierwszy ciąg, b) drugi ciąg. [44] a) b) c) Rys Rozkład odkształcenia na przekroju poprzecznym drutu. Pierwszy ciąg a), drugi ciąg b), ciąg kalibrujący [44]. 21

23 a) b) Rys Rozkład naprężenia na przekroju poprzecznym drutu, pierwszy ciąg - a) oraz drugi ciąg b) [44]. Wyniki z przeprowadzonych badań wskazują, że całkowite odkształcenie zakumulowane w próbce w procesie ECAD jest niemal trzykrotnie większe [44,34] w porównaniu z konwencjonalnym procesem ciągnienia, tzn. można przyjąć ze przy tej samej redukcji średnicy w wyrobie gotowym zmagazynowana zostałaa 3-krotnie większa energia odkształcenia (Tabela 2.2). Na Rys. 2.10, 2.11, 2.12 wyraźnie widoczny jest nierównomierny rozkład odkształcenia oraz naprężenia na przekroju poprzecznym i wzdłużnym materiału. Ta nierównomierność wynika z kształtu matrycy i nierównomiernym udziale naprężeń ścinających podczas odkształcenia plastycznego próbki co wykorzystywane jest w metodach SPD. Niejednorodne odkształcenie powoduje zróżnicowanie własności mechanicznych wyrobu. Jak wiadomo silna kumulacja odkształceniaa może spowodować rozdrobnienie mikrostruktury materiału. Zaletą prezentowanej metody jest fakt, że wsad do procesu ECAD ma niemal te same wymiary co materiał uzyskany po procesie ECAD a równocześnie materiał jest poddawany dużym odkształceniom ścinającym. Większa akumulacja odkształcenia może być źródłem uzyskania mikrostruktury ultra drobnoziarnistej. Tabela 2.2 Zestawienie wartości odkształcenia całkowitego w procesie ECAD oraz w konwencjonalnym procesie ciągnienia. [44]. ECAD Konwencjonalne ciągnienie ε H Opisane powyżej zespoły ciągadeł jak dotychczas stosowane były tylko do materiałów łatwo odkształcalnych na zimno, takich jak aluminium lub miedź i o stosunkowo 22

24 dużych średnicach. Geometria kanału odkształcania w matrycy jest niezmienna co w sposób istotny utrudnia dobór optymalnych warunków procesu ciągnienia i uzyskania wymaganych właściwości materiału. Alternatywą dla tego typu ograniczeń może okazać się urządzenie KWC, które pozwala, jak to zostanie wykazane w dalszej części pracy, na ciągnienie drutów stalowych w szerokim zakresie parametrów odkształcenia. W urządzeniu KWC podobnie jak w ciągadle ciśnieniowym składającym się z dwóch lub trzech ciągadeł zamkniętych w szczelnej obudowie [8,45,46,47] występuje bardzo korzystne zjawisko prostego przeciwciągu własnego. Urządzenie KWC nie umożliwia jednak wytworzenia warunków ciśnieniowego podawania smaru do strefy odkształcenia natomiast zwarty układ i osiowe ułożenie dwóch lub trzech ciągadeł jest zbliżone w obu rozwiązaniach. Być może w przyszłości korzystne będzie zmodyfikowanie urządzenia KWC tak by mogło ono stanowić ciśnieniowe wielostopniowe ciągadło do ciągnienia intensywnie umacniających się stali. 23

25 3. CEL I TEZA PRACY Przeprowadzone badania literaturowe oraz analiza związków pomiędzy niejednorodnością zakumulowanego odkształcenia a parametrami procesowymi i materiałowymi oraz uzyskiwanymi własnościami mechanicznymi, pozwalają na sformułowanie celu i tezy pracy. Celem pracy jest wykazanie, że bardzo duże niejednorodne odkształcenie w istotny sposób wpływa na zmiany zachodzące w mikrostrukturze wyrobów ciągnionych, mechanizmy odkształcenia oraz własności mechaniczne. Cel pracy zostanie osiągnięty, gdy zostanie przedstawiona technologia ciągnienia pozwalająca na wykorzystanie wpływu zmiennej drogi oraz wielkości odkształcenia w celu zmiany własności mechanicznych wyrobów ciągnionych. Tezę pracy stanowi stwierdzenie, że istnieje możliwość wpływania na własności mechaniczne wyrobów ciągnionych poprzez drogę odkształcania oraz wynikającą z tego niejednorodność odkształcenia. Teza pracy będzie udowodniona gdy zostanie zaprojektowane, zbudowane i wykorzystane stanowisko badawcze umożliwiające kontrolowanie własności mechanicznych wyrobów ciągnionych z wykorzystaniem niejednorodności zakumulowanego odkształcenia. Dokonując oceny odkształcenia plastycznego w warunkach odkształcania w urządzeniu KWC (kątowe wielostopniowe ciągnienie) w celu udowodnienia tezy należy przeprowadzić analizę wpływu ustawień tego urządzenia (drogi odkształcenia) na niejednorodność odkształcenia oraz niejednorodność struktury. Biorąc pod uwagę powyższe, określony został zakres badań teoretycznych i doświadczalnych przedstawiony schematycznie na Rys

26 Obróbka cieplna Czas i temperatura wyżarzania Materiał wsadowy Zmienna droga odkształcenia Konstrukcja urządzenia, kształt matrycy Niejednorodność odkształcenia Mikrostrukturalne efekty odkształceniaa Własności mechaniczne wyrobów ciągnionych Akumulacja odkształcenia Sposób odkształcenia Rys. 3.1 Obszar badań nad oddziaływaniem niejednorodnej akumulacji odkształcenia oraz zmiennej drogi odkształcenia na proces ciągnienia oraz badany materiał. 25

27 4. BADANIA WŁASNE Przeprowadzone badania literaturowe pozwoliły na dokonanie oceny stanu zagadnienia oraz sformułowanie wytycznych dla zaprojektowania i zbudowania urządzenia z zespołem ciągadeł do ciągnienia profili okrągłych z silną akumulacją efektów odkształcenia w warstwie przypowierzchniowej. Zbudowane urządzenie pozwoliło na opracowanie nowej metody kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC, co z kolei umożliwiło badania nad wpływem niejednorodności odkształcenia na własności mechaniczne wyrobów ciągnionych. W efekcie przeprowadzono serię badań doświadczalnych, które pozwoliły na realizację celów pracy oraz udowodnienie przyjętej tezy. Odkształcanie na zimno oraz obróbka cieplna ciągnionych wyrobów stalowych pociąga za sobą zmiany w ich mikrostrukturze, a w rezultacie kształtuje nowe własności. W odkształconym materiale kumulują się efekty różnych procesów mikrostrukturalnych związanych z mechanizmami umocnienia. W konsekwencji ocena przydatności wyrobu gotowego staje się trudna, a otrzymywane wyniki często niejednoznaczne. Otwierają się jednocześnie nowe możliwości dla kształtowania mikrostruktury i własności. Gdy obciążymy siłami zewnętrznymi metaliczne ciało ciągłe to zauważymy, że odkształca się ono sprężyście i plastycznie, w większości przypadków w sposób niejednorodny, a skutki obserwujemy w skalach makro, mikro i nano. Ta niejednorodność jest jednym z głównych źródeł zróżnicowania własności mechanicznych. Wśród czynników procesowych i materiałowych historia odkształcania, a zwłaszcza zmieniająca się droga odkształcania oraz silne rozdrobnienie struktury są szczególnie interesującymi ze względu na możliwość tworzenia nowych technologii i materiałów o bardzo korzystnych własnościach. Możliwość akumulowania maksymalnie dużego odkształcenia oraz kontrolowanie jego niejednorodności jest kluczowe dla nowoczesnych technologii wytwarzania materiałów ultradrobnoziarnistych i nanokrystalicznych. Opracowanie odpowiednich procesów odkształcania oraz poznanie związków pomiędzy ich parametrami a rozwojem mikrostruktury w skali mikro, jest szczególnie interesujące dla inżynierii materiałowej. W rozwiązywaniu tego typu problemów występuje konieczność adaptacji i modyfikacji podstawowych praw obowiązujących w mechanice ośrodków ciągłych. Koniecznym jest również zastosowanie analizy wieloskalowej. Wykorzystanie silnej akumulacji odkształcenia (SPD - severe plastic deformation) jest efektywną techniką, służącą do 26

28 uzyskiwania silnie rozdrobnionej struktury w metalach i stopach, w celu poprawy ich własności mechanicznych i fizycznych [48,14,16]. Zaproponowana nowa metoda KWC umożliwia przeprowadzenie badań oraz bezpośrednią obserwację związków pomiędzy niejednorodnością odkształcenia a własnościami mechanicznymi wyrobu ciągnionego. Przyjęte do realizacji w niniejszej pracy zadania podzielone zostały na dwie grupy: I. zaprojektowanie oraz budowa urządzenia do kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC, II. zrealizowanie badań doświadczalnych z wykorzystaniem urządzenia KWC w celu udowodnienia tezy pracy. Przeprowadzenie badań doświadczalnych wymagało zaprojektowania oraz wykonania odpowiedniego stanowiska badawczego. Mając do dyspozycji ciągarkę ławową należało zaprojektować urządzenie pozwalające na stosowanie zmiennej drogi odkształcenia w procesie ciągnienia a następnie zespolić je z ciągarką ławową. Ogólnie przygotowanie stanowiska badawczego obejmowało następujące etapy realizacji: Stanowisko badawcze: zespolenie urządzenia z ciągarką ławową, zapewnienie możliwości zmiany ustawień, opracowanie układu smarowania. Narzędzie: dobór kształtu ciągadeł, dobór promieni nagniatania, Materiał: wybór materiałów badawczych, dobór zakresu średnic materiału wsadowego, przygotowanie powierzchni wsadu. Proces: Realizacja wybranych schematów ciągnienia (schematy gniotów częściowych, usytuowanie ciągadeł względem siebie), obróbka cieplna. 27

29 4.1 OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA KĄTOWEGO WIELOSTOPNIOWEGO CIĄGNIENIA KWC. Podstawową cechą zastosowanego w badaniach doświadczalnych urządzenia KWC jest możliwość zastosowania różnych parametrów odkształcania a w konsekwencji różnego schematu naprężenia oraz możliwość zmiany niejednorodności odkształcenia w szerokim zakresie. Zalety metody oraz wyrobów ciągnionych wytworzonych z wykorzystaniem metody KWC związane są z: możliwością wytwarzania dużych ilości materiałów o ściśle określonej średnicy i podwyższonych średnich własnościach mechanicznych, kontrolowanym rozkładzie zmian mikrostrukturalnych na przekroju poprzecznym (w wyniku niejednorodności bardzo dużego odkształcenia, zastosowanego w kolejnych ciągach), opóźnieniem inicjacji pęknięć w warstwach przypowierzchniowych oraz wzrost odporności na korozję [49,50]. Zastosowanie złożonych schematów naprężenia oraz odkształcenia w procesie ciągnienia metodą KWC umożliwia wykorzystanie niejednorodnego odkształcenia a w konsekwencji możliwym jest wytworzenie warunków charakterystycznych dla metod SPD pozwalających w połączeniu z procesem wyżarzania na uzyskanie niejednorodnej mikrostruktury (struktury bimodalnej) zmieniającej własności wytrzymałościowe i technologiczne. Badania z wykorzystaniem urządzenia KWC prowadzone były w trzech obszarach problemowych związanych z realizacją celu pracy: stanowisko badawcze, projekt i konstrukcja urządzenia, proces kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC. STANOWISKO BADAWCZE Badania doświadczalne procesu kątowego wielostopniowego ciągnienia wykonano na stanowisku zbudowanym w Katedrze Przeróbki Plastycznej Metali na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Akademii Górniczo-Hutniczej. Urządzenie do kątowego wielostopniowego ciągnienia metalowego profilu okrągłego umożliwia prowadzenie procesu ciągnienia dla różnych schematów odkształcenia. Stanowisko do badań było wyposażone w układ komputerowej rejestracji siły ciągnienia -. Plan badań doświadczalnych obejmował ciągnienie z określonymi 28

30 gniotami jednostkowymi, które zostały przedstawione w Tabela 4.2. Zastosowano również różne warianty prowadzenia procesu ciągnienia. Do badań wykorzystano ciągarkę ławową (jednołańcuchową) do ciągnienia prętów i rur (Rys. 4.1). W ciągarkach tego typu przemieszczenie materiału odbywa się w sposób prostoliniowy. Elementem przekazującym siłę ciągnienia jest łańcuch. Do ramy ciągarki ławowej zostało zamontowane urządzenie KWC. Rys. 4.1 Ciągarka ławowa jednołańcuchowa z zamocowanym urządzeniem do kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC. PROJEKT I KONSTRUKCJA URZĄDZENIA DO KĄTOWEGO WIELOSTOPNIOWEGO CIĄGNIENIA. Proces kątowego wielostopniowego ciągnienia realizowano dla różnych układów usytuowania ciągadeł. Poszczególne schematy ciągnienia (gnioty częściowe) oraz usytuowanie ciągadeł względem siebie (ułożenia tarcz oporowych względem siebie) jednoznacznie determinowało warunki realizacji odkształcania w urządzeniu KWC. Proponowany sposób realizacji procesów ciągnienia z wykorzystaniem urządzenia do kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC umożliwia oprócz kontrolowania niejednorodności odkształceń również akumulację odkształceń postaciowych. Jest to efekt często uzyskiwany w procesach SPD np. ECAE oraz ECAD. Wzrost całkowitego odkształcenia tj. wzrost odkształceń postaciowych przy stałej wartości odkształceń jednorodnych. Efekt ten uzyskuje się na drodze jednoczesnego wykorzystania czterech źródeł odkształcenia tj. poprzez: zginanie, redukcję średnicy, skręcanie, oraz podobnie jak w metodzie ECAD przez: ścinanie z nagniataniem (Rys. 4.2). 29

31 Rys. 4.2 Charakterystyczne strefy w których występowały dodatkowe odkształcenia 1,2,3,4 miejsca gdzie drut jest odkształcany przez zginanie. Strefa nagniatania, zginanie drutu, skręcanie oraz redukcja przekroju. ZESPOLENIE URZĄDZENIA Z CIĄGARKĄ ŁAWOWĄ Urządzenie do kątowego wielostopniowego ciągnienia należało zespolić z ciągarką ławową. Proces ciągnienia prowadzony był na mokro. Urządzenie KWC w połączeniu z ramą ciągarki ławowej tworzyło szczelny układ. Piasta (3) (Rys. 4.3) na której osadzono całe urządzenie KWC zespolona została z ramą ciągarki ławowej za pomocą zacisków (20). W urządzeniu KWC zasadniczym elementem są trzy jednakowe tarcze 1, 1,1 na których montowane są ciągadła (Rys. 4.3 i Rys. 4.4). Tarcze poprzez sworzeń centrujący (2) zamocowane są do piasty (3), piasta przylega do płytyy oporowej ciągarki ławowej (8). Pomiędzy piastą a płytą oporową ciągarki ławowej montowana była gumowa uszczelka, a na wyjściu z urządzenia do płyty oporowej ciągarki zamontowano gumową osłonę uszczelniającą (10). Zastosowanie zacisków (20) umożliwiało sprawne i szybkie montowanie i demontowanie urządzenia KWC do płyty oporowej ciągarki ławowej (9). 30

32 a) b) c) d) Rys. 4.3 Urządzenie do kątowego ątowego wielostopniowego ciągnienia ci KWC. Drut 1, tarcze (płyty) oporowe 1, 1, 1, sworzeń centrujący centrują 2, piasta dystansowa 3, nakrętka zaciskowa 4, śruba kontrująca 6, płyta oporowa ciągarki garki ławowej 8, rama ciągarki ławowej 9, osłona uszczelniająca uszczelniają 10, przykrywka pierwszego ciągadła - 19, zacisk mocujący mocuj urządzenie KWC do ramy ciągarki garki ławowej 20, śruba dociskająca zacisk 21, opaska zaciskowa podtrzymująca podtrzymuj misę olejową Widok izometryczny od strony wejścia drutu do urządzenia urz a), widok na wyjściu z urządzenia b),, rzeczywisty wygląd wygl urządzenia - c) i d). Aby uniemożliwić wypadnięcie wypadni ciągadła z tarczy 1 zastosowano przykrywkę (19), która blokuje ciągadło gadło w tarczy. Urządzenie z zespołem ciągadeł gadeł umożliwia umo podobnie jak w metodzie ECAD utworzenie kanału odkształcania w którym oś o ciągnionego wyrobu zmienia swój kierunek względem wzgl linii ciągnienia. 31

33 Rys. 4.4 Przekrój poprzeczny przez urządzenie 1,1,1 - trzy jednakowe tarcze (płyty), 2 oś obrotu, 3 piasta dystansowa, 4 nakrętka oraz wałek centrujący, 5 i 6 oś śruby kontrującej, 8 płyta oporowa ciągarki ławowej, 9 rama ciągarki ławowej [51] [52]. Na Rys. 4.5 przedstawiono schemat układu schodkowego ciągadeł w widoku z boku. Rys. 4.5 Zestaw ciągadeł usytuowanych w układ schodkowy, 1, 1, 1 tarcze oporowe (płyty), 13, 13, 13 obudowy ciągadeł, 14 wkładka ciągadła z węglika spiekanego, a odległość pomiędzy kolejnymi wkładkami. W porównaniu z metodąą ECAD to rozwiązanie daje możliwość zmiany kształtu strefy odkształcenia (kanału kątowego). Proces ciągnienia realizowany w urządzeniu KWC ma na celu uzyskanie silnej akumulacji odkształcenia w warstwie przypowierzchniowej profilu okrągłego. Istota rozwiązania polega na tym, że ciągadła o łukowym kształcie strefy zgniatającej osadzone są mimośrodowo (Rys. 4.5) w co najmniej dwóch tarczach przylegających czołowoo do siebie i łożyskowanych na wspólnej osi obrotu. Względne położenie ciągadeł blokowane jest śrubami zaciskowymi. Ciągadła zamocowane są w tarczach z zachowaniem stałego odstępu pomiędzy czołowymi powierzchniami po 32

34 stronie wyjścia i wejścia sąsiadujących ciągadeł. Budowa zespołu z tarczami przekręconymi względem siebie o wybrany kąt umożliwia tworzenie kanału odkształcenia wyznaczonego ciągadłami o osiach równoległych i usytuowanych w układach: schodkowym, korbowym oraz współosiowym - posobnym. Zmienna droga odkształcania określona kątowym ciągnieniem wielostopniowym stwarza warunki jednostronnego dogniatania w wyniku ugięcia profilu na wyjściu i wejściu sąsiadujących ciągadeł (Rys. 4.3). Jak to przedstawiono na (Rys. 4.5) tarcze przylegają do siebie. Regulację położenia kątowego ciągadeł ułatwiają wykonane na tarczach obwodowo rozmieszczone zęby (Rys. 4.6). Wykonane zęby służą do przekręcania tarcz, przy użyciu odpowiedniego klucza nastawnego (pazurkowego) a jednocześnie umożliwiają przeprowadzeni śrub zaciskowych, otwory (5), blokujących tarcze w położeniach o odpowiednim kącie względem osi urządzenia (kierunkiem ciągnienia), skokowo przestawionych o podziałce miedzy wrębami w tym wypadku co 15. Ciągadła mocowane są w wykonanych na czołowych powierzchniach tarcz owalnych gniazdach o osi wzdłużnej ukierunkowanej promieniowo. Pozycja ciągadła ustalana jest przy pomocy klinów wewnętrznego i zewnętrznego (Rys. 4.6). Oba kliny skojarzone są w pary, w których suma ich grubości i średnicy zewnętrznej ciągadła stanowi wymiar długości gniazda. Rys. 4.6 Tarcza z gniazdem. Kanały rozprowadzające olej oraz otwory do zadawania określonego kąta skręcenia tarcz względem siebie 7, gniazdo ciągadła 12, ciągadło wraz z zestawem klinów, obudowa ciągadła - 13, wkładka z węglika spiekanego 14, g 1, g 2 grubość klinów górnego i dolnego, średnica obudowy d, wysokość gniazda która jest sumą grubości klinów oraz średnicyy obudowy ciągadła. 33

35 Zastosowanie klinów dodatkowo zwiększa liczbę wariantów prowadzenia procesu oraz stopnia akumulacji odkształcenia. Jeżeli ciągadło będzie usytuowane bliżej osi trzpienia centrującego wówczas przy założonym kącie skręcenia 15 odkształcenie będzie mniejsze w porównaniu gdy zwiększymy odległość R ciągadłaa od osi sworznia centrującego. Rozwiązanie takie umożliwia dodatkową regulację położenia wzdłuż promienia osadzenia ciągadła w tarczy. Istnieje również możliwość płynnej regulacji kąta skręcenia płyt, umożliwiają to wyfrezowane otwory regulacyjne (7). Badania dla różnych kątów skręcenia płyt prowadzono dla 6, 10, 12 i 15 a wyniki przedstawiono w dalszej części tego rozdziału. Zastosowane rozwiązanie konstrukcyjne urządzenia wraz z zespołem ciągadeł umożliwia dobór różnych parametrów procesu ciągnienia a tym samym zmiennej drogi odkształcenia. Na Rys. 4.7 przedstawionoo widok trzech tarcz z śrubami zaciskowymi umieszczanymi w otworach regulacyjnych. Rys. 4.7 Trzy tarcze (płyty) - 1,1,1 ; 2 - trzpień centrujący, 6 - śruby zaciskowe, 7 otwory regulacyjne, 13,13,13 ciągadła łukowe, 17 i 18 kanały rozprowadzające olej. Ciągadła 13,13,13 zamocowane są mimośrodowo na promieniu R w tarczach 1,1,1 z utrzymaniem odstępu pomiędzy powierzchniami wyjścia i wejścia sąsiadujących ciągadeł 13, 13 i 13. Rys. 4.8 przedstawia rzeczywisty układ ciągadeł w urządzeniu KWC w trzech rzutach przy kącie skręcenia płyt względem siebie α =

36 d1 d2 a 13' 13'' 13''' 1' 1'' 1''' d0 d1 d2 dk R s1 α α β b dk s2 dk c d2 d1 d0 Rys. 4.8 Rzeczywisty układ ciągadeł łukowych w urządzeniu KWC, widok z boku - a), widok z przodu - b), widok z góry c). Kontrolowane parametry procesu kątowego wielostopniowego ciągnienia: s 1, s 2, d 1, d 2, d 3, α, R. W drugim i trzecim ciągadle proces ciągnienia odbywa się z przeciwciągiem, przez co zmniejsza się siłę nacisku metalu na ścianki ciągadła a tym samym przyczynia się to do zmniejszenia zużycia ciągadeł. Na Rys. 4.9 przedstawiono rozpatrywane w badaniach, różne możliwe układy usytuowania ciągadeł w urządzeniu, zastosowane w procesie ciągnienia profilu metalowego z silną akumulacją efektów odkształcenia w warstwie przypowierzchniowej. Istotne parametry procesu to kąt skręcenia płyt α oraz parametr R czyli odległość osi ciągadeł od osi obrotu płyt. Dodatkowo w urządzeniu KWC można zamontować ciągadła o różnych średnicach części kalibrującej odpowiednich do zaprojektowanego wcześniej schematu gniotów, d 0, d 1, d 2, d 3 itd. W przypadku procesu dwuetapowego dodatkowo d 4, d 5, d 6 itd. Istnieje bowiem możliwość prowadzenia wieloetapowego procesu ciągnienia z wykorzystaniem urządzenia KWC. Proces dwu 35

37 etapowy - drut przechodzi dwa razy przez urządzenie, trzy etapy - drut przechodzi trzykrotnie przez urządzenie. Ustawienie kąta determinuje dodatkowe parametry takie jak s 1 i s 2 oraz kąt β. a) b) c) d) Rys. 4.9 Możliwe warianty prowadzenia procesu a) układ posobny, b) jedno ciągadło obrócone względem dwóch pozostałych, c) układ schodkowy, d) układ korbowy. ZAPEWNIENIE MOŻLIWOŚCI ZMIANY USTAWIEŃ Urządzenie KWC umożliwia stopniowanie akumulacji odkształcenia dzięki możliwości zastosowania wielu kombinacji parametrów ustawień (Rys. 4.8). Jak już wcześniej wspomniano wykonane na obwodzie tarcz uzębienia służą do regulacji kąta skręcenia tarcz względem siebie i jednocześnie do blokady wybranego położenia kątowego α przy pomocy śrub zaciskowych. Blokowanie tarcz śrubami zaciskowymi może być wykonane wyłącznie w położeniach ustawianych skokowo o kąt odpowiadający podziałce pomiędzy zębami. W zależności od położenia kątowego α poszczególnych tarcz stworzona strefa odkształcania wyznaczona jest osiami ciągadeł co umożliwia uzyskiwanie różnych dróg odkształcania. Podczas procesu zachodzi również proces skręcania wokół własnej osi ciągnionego wyrobu i jest on uzależniony m.in. od zastosowanegoo układu ciągnienia i stopnia skręcenia α. Przeginanie profilu pomiędzy sąsiadującymi ciągadłami 13 i 13 oraz 13 i 13 następuje w różnych płaszczyznach, pochylonych względem siebie pod kątem β (Rys. 4.8). OPRACOWANIE UKŁADUU SMAROWANIA Wymagane w procesie ciągnienia doprowadzenie oleju do powierzchni roboczych ciągadeł spełniają wykonane na powierzchniach czołowych tarcz rowki oraz kanały olejowe. Konstrukcja urządzenia oraz zwarty układ ciągadeł (R Rys. 4.7) wymusiły zastosowanie w procesie ciągnienia płynnego smaru technologicznego. Zastosowany 36

38 smar należało doprowadzić do trudnodostępnych stref odkształcenia. Ciągadła w urządzeniu KWC są bardzo blisko siebie a tarcze ściśle przylegają jedna do drugiej. Ten fakt uniemożliwiał zastosowanie smaru suchego. Stąd podczas prowadzonych badań procesu ciągnienia jako środek smarujący zastosowano olej roślinny a dokładniej olej rzepakowy. Zastosowany smar spełniał dodatkowo następujące funkcje: skutecznie chłodził ciągadła i druty, wypłukiwał zabrudzenia, szlamy i drobne cząstki ciągnionego materiału pomiędzy kolejnymi strefami odkształcania ciągadeł. Proces ciągnienia był przeprowadzony na zimno. Aby zapewnić odpowiednie warunki smarowania na powierzchniach czołowych tarcz 1,1,1 (Rys. 4.7) wykonano rowki (17) oraz poosiowe kanały olejowe (18) doprowadzające olej do strefy odkształcania. Również przednia częśćć obudowy ciągadła została w odpowiedni sposób sfrezowana aby ułatwić dopływ oleju do każdego z ciągadeł. Jak już wcześniej wspomniano na czołowej ściance miski olejowej (Rys. 4.4) (11) i na tylnej powierzchni płyty oporowej ciągarki ławowej (8) zamocowano gumowe osłony (Rys. 4.3) (10) uszczelniające połączenia urządzenia KWC z płytą oporową ciągarki ławowej. Osłony te zapewniały szczelny, zamknięty układ. NARZĘDZIE ciągarskie zwane ciągadłem które jest zasadniczym elementem urządzenia KWC różnicujemy ze względu na kształt strefy odkształcenia (Rys ). a) b) c) d) Rys Kształty strefy zgniatającej ciągadeł oczkowych: stożkowy a), wklęsły b), łukowy - c), sigmoidalny d), [45,53]. DOBÓR KSZTAŁTU CIĄGADEŁ Ze względu na złożoną drogę odkształcania w kanale kątowym utworzonym z trzech ciągadeł należało dobrać odpowiedni kształt ciągadeł. Stąd jednym z ważniejszych zagadnieńń związanych z procesem ciągnienia w urządzeniu KWC było 37

39 zaprojektowanie takiego kształtu strefy zgniatającej ciągadeł, aby wyeliminować efekt skrawania materiału, zacierania i aby umożliwić realizację procesu przy kątowym ustawieniu ciągadeł. Ponieważ ciągniony profil nie jest podawany osiowo do każdego z ciągadeł, istnieje możliwość skrawania materiału i przyspieszonego ich zużycia. Z tego powodu w badaniach zastosowano ciągadła łukowe. Odkształcenie ciągnionego materiału odbywa się w strefie zgniatającej o specjalnie zaprojektowanym łukowym kształcie. Dobór odpowiedniego dla danej drogi odkształcania geometrii ciągadeł był jednym z ważnych etapów procesu projektowania urządzenia KWC. Dla potrzeb badań należało zaprojektować geometrię ciągadeł. Podobnie jak w pracy [54] rozpatrywano wpływ kształtu części roboczej i kalibrującej ciągadła na siłę ciągnienia oraz własności mechaniczne drutów okrągłych. Profil ciągadła oczkowego charakteryzuje się występowaniem czterech stref, których optymalny kształt i rozmiar dobierany jest na podstawie określonych zależności. Na Rys przedstawiono profil ciągadła oczkowego z podziałem na charakterystyczne strefy odkształcenia występujące na przekroju ciągadła, strefa 1 stożek smarujący, prawie zawsze ma kształt stożka ściętego, służy do podawania smaru do strefy zgniatającej stożek roboczy, a kąt stożka smarującego wynosi zazwyczaj 2β=60 (Rys. 4.12). Rys Profil ciągadła oczkowego z podziałem na strefy; 1 smarująca, 2 zgniatająca, 3 kalibrująca, 4 wyjściowa. [8,55]. Strefa 2 zgniatająca stożek roboczy, jest najważniejszą częściąą kanału roboczego ciągadła, a tworząca ściany bocznej tej strefy w zależności od przeznaczenia ciągadła może przybierać różne kształty Rys W praktyce ciągarskiej najczęściej stosuje się ciągadła o strefie zgniatającej w kształcie stożka o kącie 2α (Rys. 4.12) natomiast rzadko stosowana strefa zgniatająca o kształcie łukowym jest stosowanaa w ciągadłach do drutów bardzo cienkich, ciągnionych z bardzo małymi gniotami. Ważnym elementem strefy zgniatającej jest długość, która pozostaje w stałej proporcji do innych elementów kanału roboczego. Strefa 3 część kalibrująca, ma za zadanie nadanie wymaganej 38

40 dokładności wymiarów i kształtu ciągnionemu drutowi. Strefa 4 wyjściowa - stożek wyjściowy może mieć zróżnicowany kształt. Najczęściej strefie tej nadaje się kształt stożka ściętego o kącie 2γ (Rys. 4.12). Niektórzy producenci ciągadeł stosują kształt kulisty wklęsły lub wypukły, a nawet strefę kalibrującą zakończają małym zaokrągleniem. Suma długości wszystkich stref składa się na całkowitą długość kanału roboczego ciągadła oczkowego. Na potrzeby badań zaprojektowano 9 ciągadeł łukowych i trzy ciągadła stożkowe. Ciągadła stożkowe w toku badań wykorzystywane były jako ciągadła kalibrujące. Wstępnie zaprojektowane były do porównania z standardowym procesem ciągnienia. Pierwsze przejście drutu przez urządzenie - trzy ciągadła ustawione w osi porównywano z procesem ciągnienia przez pojedyncze ciągadło przy zachowaniu jednakowego całkowitego stopnia gniotu. Charakterystyczne wymiary potrzebne do zaprojektowania ciągadeł stożkowych przedstawione zostały na (Rys. 4.12). Kształt i wymiary wsadu są podstawą dla procesu projektowania ciągadeł. Podczas projektowania kształtu ciągadeł należy określić wymiary przekroju narzędzia wg określonych norm oraz katalogu producenta [55]. Do zaprojektowania ciągadeł stożkowych a pośrednio łukowych niezbędne jest określenie parametru a dobranego na podstawie średnicy drutu wsadowego oraz planowanych gniotów. = (4.1) gdzie: przekrój w części kalibrującej. Wyznaczony parametr a mieścił się w zakresie 3,0 < a < 8,0 stąd na podstawie katalogu producenta ciągadeł [55] określono typ ciągadła jako IV. 39

41 Rys Przekrój poprzeczny ciągadła stożkowego oczkowego oraz charakterystyczne wymiary ciągadła. Ciągadło łukowe charakteryzuje się stożkiem zgniatającym o zmiennym nachyleniu tworzącej mającej kształt łuku. Tworząca stożka zgniatającego ma nachylenie zmienne stąd przy odpowiednich warunkach smarowania dla każdego stopnia zgniotu drut stykający się podczas ciągnienia z krzywizną powierzchni stożka zgniatającego uzyskuje zawsze dobre własności [56]. W celu zaprojektowania ciągadeł łukowych należało określić następujące charakterystyczne wymiary na przekroju wzdłużnym ciągadła (Rys. 4.13). Rys Konstrukcja ciągadła łukowego wg Siebla, E., Ludwiga N., Melchiora P. [56,57]. W celu wyznaczenia parametrów niezbędnych do zaprojektowaniaa ciągadeł należało skorzystać z wzorów przedstawionych poniżej zależności 4.1 do 4.5. Współczynnik wydłużenia λ, określany z długości ciągnionego drutu wzorem: 40

42 λ= l l (4.2) lub z prawa stałej objętości zależność: λ= S S (4.3) Gniot z, (zwany również względnym ubytkiem przekroju) = =1 (4.4) a dla drutu o przekroju kołowym gdzie: =1 =1 1 λ S 0, S k przekrój poprzeczny początkowy i końcowy drutu, d 0, d k średnica początkowa i końcowa drutu, l 0, l k długość początkowa i końcowa ciągnionego drutu. (4.5 ) PROMIENIE NAGNIATANIA Nieosiowe ułożenia ciągnionego drutu, w standardowym procesie ciągnienia uważa się za niedopuszczalne gdyż niesie to za sobą nierównomierne zużycie otworu ciągadła. To co w konwencjonalnym procesie jest niepożądane, wykorzystuje się w urządzeniu KWC w celu regulowania stopnia niejednorodności odkształcenia na przekroju poprzecznym w warstwach powierzchniowych drutu. Przy standardowym procesie ciągnienia przy użyciu ciągadeł stożkowych w warunkach nieosiowego ciągnienia drutu następuje lokalizacja odkształcenia tworzy się pierścień gniotowy oraz zachodzi szybsze zużycie ciągadła co przedstawiono na Rys [56]. 41

43 Rys Nieosiowe i osiowe położenie ciągadła w stosunku do ciągnionego materiału [56]. Natomiast w urządzeniu KWC dzięki zastosowaniu ciągadeł łukowych, zmniejszono stopień zużycia powierzchni przy nieosiowym podawaniu drutu, wyeliminowano bowiem efekt skrawania materiału a zachowano efekt lokalizacji odkształcenia. Na Rys przedstawiono idee urządzenia KWC z wykorzystaniem ciągadeł łukowych. h 1 12 α r 1 r 2 r 1 α d k r 2 5,7 R5,7 R22,8 R5, , ,2H I II III IV h 1 =0,6H H 0,2H h 2 =0,4H a) b) c) Rys Kształt ciągadeł: - ogólna geometria ciągadła łukowego a), (wg Siebela, Ludwiga i Melchiora) [56], ciągadło ( 5,7) b), przykładowy układ ustawienia ciągadeł c). 42

44 W zastosowanym do badań urządzeniu KWC promienie nagniatania są ściśle związane z geometrią ciągadeł oraz warunkami odkształcenia w procesie kątowego wielostopniowego ciągnienia a wynikają pośrednio z konfiguracji ustawienia płyt względem siebie. W niniejszej pracy optymalizacja ustawień oparta była na uzyskanych końcowych własnościach mechanicznych wyrobu a pośrednio wynikała z faktu jakie nastawy będą powodować maksymalnie duże naprężenia styczne, a w efekcie odkształcenia postaciowe. Rys przedstawia przekrój wzdłużny ciągadła obrazujący jednostronne nagniatanie profilu w urządzeniu KWC. 1 d 2 R Rys Promienie nagniatania - jednostronne nagniatanie profilu; 1- drut, 2 wkładka z węglika spiekanego ciągadła łukowego oczkowego, d średnica początkowa drutu, R promień nagniatania. 4.2 WYBÓR MATERIAŁÓW BADAWCZYCH Podstawowym materiałem badawczym wytypowanym do badań była walcówka w stanie po walcowaniu na gorąco o średnicy d 0 = 6,5 mm ze stali niskowęglowej o następującym składzie chemicznym: 0,06C/0,37Mn/0,01Si/0,14Cu/0,07Cr/0,06Ni. Bezpośrednio przed ciągnieniem walcówkę poddano śrutowaniu w celu uniknięcia wpływu jakości powierzchni na uzyskiwane wyniki. Zabieg śrutowania powodował mały gniot naskórkowy, który w czasie ciągnienia wywołał wadę powierzchni drutu nazywaną pomarańczową skórką. Taka powierzchnia okazała się jednak korzystna gdyż spowodowała lepsze zabieranie smaru przez materiał. Dodatkowo do badań wykorzystano jako reprezentanta innej grupy materiałowej drut miedziany o średnicy d 0 = 6,4mm, (99,99% czystej miedzi). Wybór materiałów badawczych tj. stali niskowęglowej i miedzi miało na celu umożliwienie śledzenia rozwoju struktur 43

45 dyslokacyjnych i ich udziału w różnych mechanizmach umocnienia bez istotnego udziału innych składników strukturalnych. Ponadto, materiały te znajdują powszechne zastosowanie w postaci wyrobów ciągnionych. PROCES Ciągnienie profilu okrągłego z silną akumulacją odkształcenia w warstwie przypowierzchniowej, pozwala uzyskiwać wzrost własności plastycznych i wytrzymałościowych w wyrobach ciągnionych, zwłaszcza drutów o małych średnicach końcowych. Proces ciągnienia prowadzi się przez kątowy kanał odkształcania, utworzony przez co najmniej dwa ciągadła o łukowym kształcie strefy zgniatającej, zamocowane w urządzeniu tak, aby osie ciągnionych drutów przechodzących przez ciągadła były równoległe. Zmienna droga odkształcania, wyznaczona kątowym ciągnieniem wielostopniowym, umożliwia uzyskiwanie dodatkowego odkształcenia poprzez jednostronne dogniatanie w wyniku ugięcia profilu na wyjściu ze strefy odkształcania każdego z ciągadeł. Podstawową cechą procesu KWC jest akumulowanie dodatkowego w porównaniu typowego procesu odkształcenia niejednorodnego. W efekcie możliwe jest zgromadzenia dużo większej energii odkształcenia, aniżeli w procesie tradycyjnego ciągnienia dla tej samej całkowitej redukcji przekroju. SCHEMATY PROCESÓW CIĄGNIENIA. Proces kątowego wielostopniowego ciągnienia składał się z trzech zasadniczych etapów: I etap pierwsze przejście drutu przez zespół ciągadeł, II etap drugie przejście drutu przez zespół ciągadeł, III etap trzecie przejście drutu przez jedno ciągadło kalibrujące. Ciągniony profil w I i II etapie przechodził przez trzy ciągadła łukowe a następnie w III etapie przez jedno ciągadło stożkowe (Rys. 4.17). Według przedstawionego sposobu wykonano ciągnienie drutu od średnicy wsadu d 0 = 6,5mm w przypadku stali niskowęglowej oraz d 0 = 6,4 dla miedzi, do średnicy końcowej drutu d k = 4,0 mm. Zastosowany w badaniach schematy procesu ciągnienia: I Etap wsad 6,5 mm 6,0mm 5,6mm 5,2mm II Etap wsad 5,2 mm 4,9mm 4,6mm 4,3mm 44

46 III Etap kalibrujący: ciągnienie odbywa się przez ciągadło stożkowe d k = 4,0 mm. Wszystkie zrealizowane w badaniach doświadczalnych schematy ciągnienia przedstawiono na Rys , Układ tradycyjny wsad Układ posobny Układ schodkowy I etap II etap III etap Układ korbowy Rys Program badań z podziałem na etapy. Układ Odkształcenie jednorodne ε H = 0,45 + 0,38 + 0,14 = 0,97 Układ tradycyjny 6,5 6,0 5,6 5,2 4,9 4,6 4,3 4,0 ε H = 0,16 + 0,14 + 0,15 + 0,12 + 0,13 + 0,13 + 0,14 = 0,97 Układ posobny ε H = 0,16 + 0,14 + 0,15 + 0,12 + 0,13 + 0,13 + 0,14 = 0,97 Układ schodkowy 45

47 ε H = 0,16 + 0,14 + 0,15 + 0,12 + 0,13 + 0,13 + 0,14 = 0,97 Układ Korbowy Rys Podstawowe układy ciągnienia oraz schematy redukcji średnic zrealizowane badaniach doświadczalnych. Na Rys przedstawiono schematycznie układy usytuowania ciągadeł w urządzeniu KWC. Proces ciągnienia według układu schodkowego Rys polegał na ciągnieniu siłą F c profilu okrągłego (1) przez kanał odkształcania wyznaczony trzema ciągadłami (2), (3) i (4), o łukowym kształcie strefy odkształcenia, zamocowanych z równoległym przesunięciem S 1, S k ich osi względem kierunku ciągnienia. = gdzie: naprężenie ciągnienia pole przekroju poprzecznego materiału wychodzącego cego z ciągadła (4.6) Równoległe przesunięcia osi ciągadeł (2), (3) i (4) powoduje że wyznaczony kanał odkształcania tworzy swoisty kanał kątowy. Profil (1) przy ciągnieniu jest przeginany na łukach wyjściowym i wejściowym ciągadeł sąsiadujących d0 d1 d2 dk Sk F c S1 Rys Przykładowy proces ciągnienia KWC. Drut 1, ciągadła łukowe 2;3;4. Średnica początkowa drutu d 0, oraz średnice strefy kalibrującej poszczególnych ciągadeł d 1 ;d 2 ;d k, odchylenie od osi ciągnienia - S 1 ;S k, siła ciągnienia Fc. 46

48 Na kolejnym Rys pokazano rozpatrywane w badaniach trzy różne układy ciągadeł możliwe do uzyskania w procesie kątowego wielostopniowego ciągnienia. Na Rys (a) ciągadła (2) i (3) sąą ułożone współosiowo, przeginanie kątowe profilu występuje tylko między ciągadłamii (3) i (4). a) b) c) Rys Dwa ciągadła ustawione w osi trzecie ciągadło wraz z tarczą (płytą) skręconą o 15 - a), ciągadła usytuowane w układzie schodkowym b), ciągadła usytuowane w układzie korbowym c). Na Rys (b) przedstawiono położenia ciągadeł w układzie schodkowym i Rys (c) korbowym, co wymusza w przejściu podwójne przeginanie i nagniatanie profilu. Zjawisko nagniatania strefy dolnej lub górnej profilu na łuku R ciągadła przybliża Rys Dodatkowo pomiędzy etapami pierwszym i drugim próbkę obracano o 180. Rys przedstawia układ kątowego wielostopniowego ciągnienia z obrotem (po pierwszym etapie) ciągnionego profilu o 180. a) b) c) Rys Obrót próbki pomiędzy kolejnymi etapami ciągnienia z wykorzystaniem urządzenia KWC. Pierwszy etap a), obrót próbki o 180 b), drugi etap c) [51,52]. Układ wielostopniowegoo ciągnienia: I etap (a), obrót próbki (b), II etap (c). Rys przedstawia przewidywany w rozważaniach teoretycznych rozkład odkształceń na przekroju poprzecznym drutu. I etap - (a), II etap - (b), III etap - (c) c). Wstępne badania potwierdziły przypuszczenia, że drut po pierwszym oraz drugim etapie będzie posiadał eliptyczny kształt na przekroju poprzecznym. Stąd w celu uzyskania przekroju okrągłego, oraz dla wzrostu ujednorodnienia odkształcenia na przekroju poprzecznym 47

49 profilu zastosowano trzeci etap kalibrujący (Rys c). Ciągnienie podczas tego etapu odbywało się przez ciągadło stożkowe, ułożone współosiowo z kierunkiem ciągnienia. Lokalizacja odkształcenia P P P obrót próbki Etap I Etap II Etap III a) b) c) Rys Przewidywany rozkład odkształceń na przekroju poprzecznym drutu [51,52]. Wsadem do badań była walcówka w stanie po walcowaniu na gorąco, zwinięta w kręgi. Konieczne zatem było zastosowanie operacji prostowania i cięcia drutów na odcinki o długości 3m. Prostowanie przeprowadzono w celu pozbawienia drutu krzywizny wynikającej ze zwijania w kręgi oraz aby usunąć naprężenia własne przez zastosowanie wielokrotnego przeginania nia w wielu płaszczyznach. Ciągarnia gdzie przygotowano drut do badań była wyposażona w urządzenia do prostowania i cięcia na odcinki drutów zwane prostarko-obcinarką, pracującą w systemie drut-pręt. Wykorzystano prostarkęę wrzecionową, prostującą drut przez z wielokrotne przeginanie z bardzo małymi odkształceniami w wielu płaszczyznach. Drut podczas operacji prostowania został pocięty na odcinki 3 m. Na Rys przedstawiony został schemat prostarko-obcinarki wrzecionowej. Rys Prostarko-obcinarka wrzecionowa 1 rolki transportujące, 2 wrzeciono, 3 kostki prostujące, 6 nożyca latająca, 7 rozwijadło, 8 stół odbiorczy [1]. Walcówkę o średnicy początkowej d 0 = 6,5 poddany procesowi ciągnienia na mokro. Wsad dostarczono w stanie zmiękczonym (ostatnią operacją ą cyklu produkcyjnego 48

50 walcówki była obróbka cieplna). Badania doświadczalne przeprowadzono z wykorzystaniem urządzenia KWC, zbudowanego w Katedrze Przeróbki Plastycznej Metali, WIMiIP AGH w Krakowie. Po procesie ciągnienia pobrano próbki do badań metaloznawczych oraz badań własności mechanicznych i technologicznych. W celu zachowania przejrzystości prowadzonych badań zastosowano rozbudowaną formę oznaczania próbek. Szczegóły oznaczania zamieszczono tabeli (Tabela 4.1). Tabela 4.1 Sposób oznaczania badanych próbek. St - drut ze stali Cu - drut z miedzi O - schemat osiowy trzy ciągadła ustawione w osi S - schemat schodkowy K - schemat korbowy 1 - I etap 2 - II etap (α) - kąt skręcenia 3 - III etap (kalibrowanie) U - próbka umocniona (bez wyżarzania) W - próbka po wyżarzaniu pd - próba dodatkowa z - kierunek odwrócony Przygotowano trzy rodzaje próbek, które następnie oznakowano odpowiednio do historii odkształcania wg oznaczeń z Tabela 4.1. Próbki oznaczono odpowiednio dla trzech zasadniczych schematów ciągnienia: schemat schodkowy StS3(15)W schemat korbowy StK3(15)W schemat tradycyjny StT3W Dodatkowo przeprowadzono badania ze zmianą warunków ciągnienia polegającą na rozpoczęciu ciągnienia od końca poprzednio uzyskanego pręta tzw. kierunek odwrócony. W efekcie otrzymano dwa rodzaje próbek: kierunek odwrócony StT3W kierunek tradycyjny StT3W 49

51 stal StS3(15)W StK3(15)W StT3W StS3(15)Wz StS3(15)W StK3(15)Wz StK3(15)W StT3Wz StT3W Rys Historia odkształcania w procesie ciągnienia z wykorzystaniem urządzenia KWC. Historię odkształcania próbek przedstawiono na Rys Próbki dwukrotnie przeszły przez układ ciągadeł w urządzeniu KWC a następnie zrealizowano ciągnienie kalibrujące przez pojedyncze ciągadło stożkowe. Połowa próbek (w trzecim etapie kalibrującym) była ciągniona zgodnie z dotychczasowym kierunkiem ciągnienia dla drugiej połowy próbek zastosowano kierunek odwrócony. Po ciągnieniu kalibrującym próbki poddano obróbce cieplnej. W Tabela 4.2 przedstawionee zostały wartości gniotów i odpowiadające im wartości odkształceń jednorodnych. D 0 I Etap II Etap Tabela 4.2 Tabela gniotów Średnica Całkowite Gniot, % ε H drutu, mm odkształcenie 6,5 6,0 14,79 0,16 5,6 12,89 0,14 0,45 5,2 13,78 0,15 4,9 11,21 0,12 4,6 11,87 0,13 0,38 4,3 12,62 0,13 III Etap 4,0 13,47 0,14 0,14 Suma 62,13 0,97 0,97 50

52 4.3 OBRÓBKA CIEPLNA Dla zwiększenia plastyczności materiału po trzecim etapie, kalibrującym badane próbki poddano procesowi wyżarzania. Wyżarzanie odbywało się w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji materiału gdyż oczekiwanym celem było uzyskanie jak największej akumulacji odkształcenia i efektu silnego rozwoju struktury dyslokacyjnej z ewentualną rekrystalizacją ciągłą (in situ) podobnie jak w procesach SPD (ang. Severe Plastic Deformation). Uzyskiwanie struktury niejednorodnej w obszarach gdzie nastąpiła silna akumulacja odkształcenia przebiega w efekcie przyśpieszonego rozwoju podstruktury dyslokacyjnej tzn. zwiększającego się kąta dezorientacji w granicach podziarn i komórek dyslokacyjnych, aż do uzyskania ewentualnej drobnoziarnistej struktury składającej się w przeważającej objętości z ziaren o granicach szerokokątowych. Proces ten wymaga wspomagania wyżarzaniem w temperaturach niższych od temperatury rekrystalizacji. Druty po ciągnieniu poddano wyżarzaniu również w celu zmniejszenia naprężeń własnych. W przypadku miedzi wyżarzanie prowadzono w temperaturze 190 o C przez 1200s, natomiast podstawowe założenia oraz charakterystykę obróbki cieplnej zastosowanej po ciągnieniu dla stali niskowęglowej przedstawiono w Tabela 4.3. Tabela 4.3 Zastosowane w badaniach parametry obróbki cieplnej ciągnionych drutów ze stali niskowęglowej. Wariant I Wariant II Temperatura: 500 C 800 C Czas: 1200s 1200s Chłodzenie: na powietrzu na powietrzu 51

53 Na Rys przedstawiono fragment wykresu Fe-C z naniesionymi charakterystycznymi obszarami poszczególnych operacji obróbki cieplnej. Wyżarzanie w temperaturze 500 C stali niskowęglowej nie stworzyło warunków wyżarzania rekrystalizującego stali niskowęglowej. Temperatura wyżarzania rekrystalizującego dla stali niskowęglowej wynosi bowiem C przez minut. Przeprowadzono również wyżarzanie niezupełne w temperaturze 800 C. Rys Wykres temperatur wyżarzania stali. 52

54 5. WYNIKI BADAŃ Przeprowadzona analiza teoretyczna oraz badania doświadczalne pozwoliły na dokonanie oceny efektywności procesu ciągnienia z zastosowaniem urządzenia KWC. Ocena uzyskanych efektów ciągnienia dokonana została na podstawie zmian parametrów siłowych procesu ciągnienia, badań własności mechanicznych oraz mikrostruktury. 5.1 SIŁY CIĄGNIENIA PODCZAS PROCESU KWC Badania doświadczalne rozpoczęto od badań wstępnych, które obejmowały procesy ciągnienia z wykorzystaniem urządzenia KWC drutów miedzianych. Celem badań wstępnych była ocena możliwości zrealizowania procesów ciągnienia w zaplanowanym zakresie wielkości gniotów całkowitych i częściowych oraz dopasowanie nastaw urządzenia w celu uzyskania planowanej, złożonej drogi odkształcania. Materiałem wsadowym był drut miedziany o średnicy 6,4mm, pocity na pręty o długości 3m. Pierwszą próbę ciągnienia przeprowadzono w urządzeniu do kątowego wielostopniowego ciągnienia z zamocowanym jednym ciągadłem łukowym o średnicy 5,2mm (Rys. 5.1), wykorzystując następujący schemat ciągnienia: 6,4mm 5,2mm. Rys. 5.1 Ciągnienie przez jedno ciągadło łukowe, próbek z miedzi. Ciągadło łukowe zamontowane na trzeciej tarczy w urządzenia KWC. W kolejnej próbie ciągnienia wsad o średnicy 6,4mm był ciągniony przez dwa ciągadła łukowe o średnicach części kalibrującej 6,0 i 5,6 (Rys. 5.2). Podczas tej próby zastosowano następujący schemat ciągnienia: 6,4mm 6,0mm 5,6mm. 53

55 Rys. 5.2 Ciągnienie przez dwa ciągadła łukowe, próbek z miedzi, ciągadła łukowe zamocowane na pierwszej i drugiej tarczy w urządzeniu KWC. Oznaczenie tego układu: - U2. I etap: 6,0/5,6; d k =5,6mm. Następnie proces zatrzymano i skręcono tarcze względem siebie o 15 i kontynuowano proces ciągnienia przy nieosiowym ustawieniu ciągadeł (Rys. 5.3). Drut miedziany o średnicy 6,4mm ciągniono przez dwa ciągadła łukowe o średnicach części kalibrującej 6,4mm 6,0mm 5,6mm. Rys. 5.3 Układ dwóch ciągadeł, płyta pierwsza skręcona jest względem drugiej o 15. Oznaczenie tego układu: U3. I etap: 6,0/5,6; d k =5,6mm. Na Rys. 5.4 przedstawiono wykresy sił ciągnienia dla układów ciągnienia pokazanych na Rys. 5.2 oraz na Rys Widać wyraźnie wzrost siły ciągnienia po przejściu od układu z dwoma ciągadłami w osi U2, do układu U3 tj. dwa ciągadła ustawione mimośrodowo względem siebie przy kącie skręcenia płyt α =

56 Rys. 5.4 Wykresy sił ciągnienia dla przypadku ciągnienia liniowego: dwa ciągadłaa w osi oraz ciągnienia nieosiowe kątowe, gdy tarcze z ciągadłami zostały skręcone względem siebie o 15. I etap: z d 0 = 6,4mm na 6,0 5,6; d k =5,6mm. Po udanych próbach ciągnienia przy nieosiowym przemieszczeniu się drutu przez dwa ciągadła przystąpiono do ciągnienia przez trzy ciągadła. W pierwszej kolejności przeprowadzono ciągnienie przez trzy ciągadła, których osie ustawiono w jednej linii. Wsadem był drut 6,,4mm, który następnie został poddany ciągnieniu przez trzy ciągadła łukowe o średnicach 6,0mm i 5,6mm i 5,2mm z zachowaniem osiowego (liniowego) przemieszczania drutu przez ciągadła (Rys. 5.5). Rys. 5.5 Układ trzech ciągadeł łukowych z zachowaniem osiowego przemieszczania się drutu pomiędzy ciągadłami. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm Na (Rys. 5.6) przedstawiono wykresy sił ciągnienia zarejestrowane dla poszczególnych układów ciągadeł. Próbka ciągniona wg układu U4(c) czyli dla układu posobnego uległa trzykrotnemu zerwaniu. Zerwanie materiału było spowodowane nieodpowiednim zaszpicowaniem drutu. 55

57 Rys. 5.6 Wykresy sił ciągnienia próbek z miedzi. Początek procesu, zerwanie próbki, stabilizacja procesu oraz koniec procesu. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Schematy poszczególnych układów ciągadeł w urządzeniu KWC przedstawiono na (Rys. 5.7). a) b) c) d) Rys. 5.7 Układ ciągadeł w urządzeniu do kątowego wielostopniowego ciągnienia, trzy ciągadła w osi a), dwa ciągadła w osi trzecia tarcza z ciągadłem skręcona o kąt α b), układ schodkowy trzy płyty skręcone względem siebie c), układ korbowy trzy płyty skręcone naprzemiennie d). I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Na (Rys. 5.8) przedstawiono porównanie wykresów sił ciągnienia dla układów: dwa ciągadła w osi U2, dwa ciągadła na płytach skręconych względem siebie U3 oraz układ trzech ciągadeł w osi tzw. układ posobny U4. Widać wyraźnie skokowy wzrost siły ciągnienia w zależności od zastosowanego układu usytuowania ciągadeł. 56

58 Rys. 5.8 Wykresy porównawcze sił ciągnienia zarejestrowanych podczas procesu w urządzeniu KWC dla różnych układów ciągnienia. Układ pierwszy - dwa ciągadła w osi U2, układ drugi - dwie tarcze oporowe skręcone o 15 względem siebie U3 oraz układ trzeci - trzy ciągadła w osi tzw. układ posobny U4. I etap: 6,0/5,6; d k =5,6mm oraz I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Kolejną próbę wykonano dla drutu miedzianego o średnicy 6, 6,4mm, który został poddany ciągnieniu przez trzy ciągadła łukowe o średnicach 6,0 i 5,6 i 5,2 przy zachowaniu osiowego podawania drutu tak jak na Rys. 5.9 a) następnie przerwano proces, obrócono płyty 1 i 1 (Rys.4.4) o 15 względem płyty 1 i kontynuowano proces ciągnienia. Następnie po raz kolejny zatrzymano proces ciągnienia i płytę 1 obrócono względem 1 o 15 tak jak to zostało przedstawione na Rys. 5.9 c) po czym proces prowadzono dalej. a) b) c) Rys. 5.9 Kolejne trzy układy procesu ciągnienia. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Drut po ciągnięciu wg schematu przedstawionego na Rys. 5.9 c) tworzył wyraźny łuk w porównaniu do drutów ciągnionych wg innych układów. Kolejnym rozpatrywanym układem był układ schodkowy. Wsadem był drut miedziany o średnicy 6,4mm, który poddano ciągnieniu przez trzy ciągadła łukowe o średnicach 6,0mm i 5,6mm i 5,2mm przy zachowaniu osiowego podawania drutu. Następnie 57

59 przerwano proces a tarcze 1, 1, 1 skręcono o 15 w układ schodkowy (Rys. 5.10). Dla takiego schematu kontynuowano proces ciągnienia kątowego Fc, kn t, s Rys Wykresy sił ciągnienia dla próbek z miedzi. Układ posobny oraz schodkowy. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Na Rys przedstawiono wykresy sił ciągnienia profili okrągłych dla układu posobnego a następnie korbowego gdzie wsadem był drut miedziany o średnicy 6,4mm. Widać nieznaczny spadek siły ciągnienia dla układu trzech ciągadeł usytuowanych kątowo względem siebie w porównaniu z układem trzech ciągadeł ustawionych w osi. Proces ciągnienia odbywał się z wykorzystaniem trzech ciągadeł łukowych o średnicach części kalibrującej 6,0mm, 5,6mm i 5,2mm. 58

60 Fc, kn t, s Rys Wykresy sił ciągnienia dla próbek z miedzi. Układ posobny oraz korbowy. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Podczas procesu ujawnił się wpływ zastosowanego układu usytuowania ciągadeł na postać drutu po ciągnieniu (prosty lub zakrzywiony-tworzący łuk o określonym promieniu). Dla trzech ciągadeł ustawionych w osi postać drutu nie odbiegała od standardowego procesu ciągnienia. Dla układu dwa ciągadła w osi a trzecie przsuniete mimośrodowo (Rys. 5.12), drut wykazywał nieznaczne zakrzywienie, które umownie oznaczono parametrem R 1. R 1 Rys Łukowe wygięcie drutu, promień ugięcia drutu R 1. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Dla układu schodkowego drut był wyraźnie zakrzywiony. Zakrzywienie umownie oznaczono parametrem R 2 (Rys. 5.13), było ono znacznie większe w porównaniu do R 1. 59

61 R 2 Rys Układ schodkowy oraz promień wygięcia drutu R 2. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Dla układu korbowego zakrzywienie drutu było mniej wyraźne w porównaniu z promieniem zakrzywienia R 2 lecz większe od promienia R 1. R 3 Rys Układ korbowy oraz promień wygięcia drutu R 3. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Podsumowując, podczas procesu ciągnienia z wykorzystaniem urządzenia KWC zaobserwowano wyraźną różnicę pomiędzy stopniem zakrzywienia drutu w zależności od zastosowanego układu ustawienia ciągadeł. Krzywiznę czyli wygięcie łukowe drutu po ciągnieniu w zależności od zastosowanego układu ciągadeł można przedstawić za pomocą następującej zależności: R 1 <R 3 <R 2 Największy promień zakrzywienia wykazywał drut po schodkowym układzie ciągnienia (Rys. 5.13, Rys. 5.14). WYKORZYSTANIE SIATKI KOORDYNACYJNEJ. W celu określenia wpływu parametrów procesu na niejednorodność odkształcenia oraz poziom naprężeń własnych na powierzchnię drutu miedzianego naniesiono siatkę koordynacyjną, utworzoną z czterech linii wzdłuż kierunku ciągnienia oraz pierścienie wykonane na obwodzie w odległości co 10 mm. Rysy wykonano za pomocą specjalnie wykonanego w tym celu narzędzia do nanoszenia siatki koordynacyjnej. 60

62 Rys przedstawia postać naniesionej na powierzchni drutu siatki koordynacyjnej. Siatkę koordynacyjną naniesiono na drut (wsad) z miedzi o średnicy początkowej d 0 =6,4mm, wyrób gotowy posiadał średnicę końcową d k =5,2mm. O6,4 A = 10mm O5,2 B = 15mm Rys Siatka koordynacyjna naniesiona na powierzchnię drutu. Pierścienie na obwodzie co 10 mm oraz cztery linie wzdłużne. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm Odległości pomiędzy naniesionymi pierścieniami oznaczono parametrem - a 0, dla wsadu przed ciągnieniem a 0 = 10mm. Po procesie ciągnienia wg układu posobnego wykonano pomiar odległości pomiędzy pierścieniami. Po ciągnieniu wg układu posobnego odległość pomiędzy pierścieniami wzrosła z a 0 = 10mm do a k = 15,48mm (Rys. 5.16). szczęki chwytające 15,48 F c Rys Siatka koordynacyjna dla próbek z miedzi po procesie ciągnienia wg układu posobnego. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm Następnie wykonano pomiar odległości pomiędzy pierścieniami dla drutu ciągnionego wg układu schodkowego. Dla tego przypadku odległość pomiędzy pierścieniami wzrosła z a 0 = 10mm do a k = 16,13mm (Rys. 5.17). 61

63 Kierunek skręcenia Skręcenie śrubowe 16,13 α F c Rys Kształt siatki koordynacyjnej dla próbek z miedzi po procesie ciągnienia wg układu schodkowego. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm. Na (Rys. 5.17) przedstawiono schematycznie deformacje siatki koordynacyjnej po ciągnieniu wg układu schodkowego. Widoczne jest spiralne skręcenie linii wzdłużnych naniesionych na powierzchnię drutu. Kierunek skręcenia jest zgodny z ruchem wskazówek zegara, patrząc w kierunku ciągnienia. Próbki drutu po ciągnieniu wg układu schodkowego charakteryzowały się następującymi cechami: pierścienie miały nieregularny kształt na obwodzie, linie wzdłużne siatki koordynacyjnej wskazywały spiralne skręcenie. Kolejną próbę ciągnienia przeprowadzono ponownie najpierw dla układu posobnego, następnie zatrzymano proces i skręcono tarcze w taki sposób aby utworzyły układu korbowy. Postać siatki dla obu przypadków przedstawiono schematycznie na Rys oraz Rys Przyjęty parametr b (odległość pomiędzy pierścieniami) wzrósł odpowiednio od wartości b 0 = 10mm do b p = 15,62 (dla układu posobnego) oraz do b k = 15,58mm (dla układu korbowego). szczęki chwytające 15,62 F c Rys Kształt siatki koordynacyjnej dla próbek z miedzi po procesie ciągnienia wg układu posobnego oraz parametr wydłużenia b. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm Rys przedstawia pomiar siatki koordynacyjnej na odcinku drutu ciągnionego wg układu korbowego parametr b k osiągnął wartość b k = 15,58. 62

64 15,58 F c Rys Kształt siatki koordynacyjnej dla próbek z miedzi po procesie ciągnienia wg układu korbowego. I etap: 6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm Podczas ciągnienia wg układu korbowego siatka koordynacyjna naniesiona na powierzchni drutu nie wykazywała tendencji skręcania śrubowego. Wydłużenie dla układu posobnego b p miało nieznacznie większą wartość w porównaniu z wydłużeniem dla układu korbowego b k, b p > b k. Analiza odkształcenia siatki koordynacyjnej na powierzchni drutu oraz zarejestrowane pomiary sił podczas procesu ciągnienia wskazują na dużą złożoność charakterystyki stanu odkształcenia w procesie kątowego wielostopniowego ciągnienia. Na (Rys. 5.20) przedstawiono zestawienie wykresów zarejestrowanych sił ciągnienia, dla próbek z miedzi w zależności od zastosowanego układu ciągadeł. Na podstawie przeprowadzonych badań siatek koordynacyjnych widać wyraźnie że istnieje cały szereg parametrów procesu, które czynią go bardzo interesującym niemniej jednak powiązanie zaobserwowanych zależności wymaga dodatkowo pogłębionej analizy odpowiedzialnych za to mechanizmów. Niemniej, zauważyć należy, że nakładanie się na siebie wielu czynników procesowych w efekcie końcowym daje możliwość sterowania własnościami mechanicznymi wyrobu gotowego w szerokim zakresie. Rys Zmiany sił ciągnienia w zależności od zastosowanego układu ciągnienia. Próbki miedziane pierwszy etap ciągnienia (6,0/5,6/5,2; d k =5,2mm) w urządzeniu KWC. 63

65 Przedstawione na Rys wykresy wykazują wyraźny wpływ zastosowanego układu ułożenia ciągadeł na wartość siły ciągnienia. Znaczny wzrost siły ciągnienia zarejestrowano po przejściu z ciągnienia przez dwa ciągadła ustawione w osi, do kątowego ciągnienia przez dwa ciągadła na płytach skręconych o kąt α = 15. Różnice występują również przy przejściu od ciągnienia osiowego przez dwa ciągadła oraz ciągnienia przez trzy ciągadła. Wyraźny wzrost siły następuje w przypadku przejścia od ciągnienia w układzie trzy ciągadła w osi do ciągnienia dwa ciągadła ustawione w osi a trzecie ciągadło usytuowane mimośrodowo na płycie skręconej względem pozostałych płyt o kąt α = 15. Podsumowując wyniki wstępnych badań przeprowadzonych dla próbek miedzianych można sformułować następujące wnioski ogólne, które zostały wykorzystane w zaplanowaniu i realizacji procesów ciągnienia drutów stalowych: Istnieje szereg parametrów procesowych, które wpływają na rozkład odkształceń oraz warunki energetyczne wielkość sił występujących w zrealizowanych procesach ciągnienia. Należy podkreślić, że pełne kontrolowanie związków pomiędzy parametrami procesowymi, materiałowymi a wynikającymi niejednorodnością odkształcenia i zmianami mikrostrukturalnymi jest konieczne dla zagwarantowania skuteczności metody KWC w praktycznych zastosowaniach. 64

66 W kolejnym etapie badań doświadczalnych analizie poddano procesy ciągnienia drutów stalowych. W tym wypadku materiałem badawczym była walcówka w stanie po walcowaniu na gorąco o średnicy d 0 = 6,5 mm ze stali niskowęglowej o następującym składzie chemicznym: 0,06C/0,37Mn/0,01Si/0,14Cu/0,07Cr/0,06Ni. Na Rys przedstawiono wykresy sił ciągnienia dla układu tradycyjnego. Rys Układ tradycyjny po trzecim etapie (kalibrującym d k =4,0mm), próbki ze stali niskowęglowej, dla kierunku zgodnego oraz kierunku odwróconego w stosunku do pierwotnego kierunku ciągnienia. (5,2/4,3/4,0; d k =4,0). Na Rys przedstawiono zarejestrowane siły ciągnienia po trzecim etapie ciągnienia dla układu schodkowego. Zarówno wykresy przedstawione na Rys. 5.21, jak i na Rys wskazują na wystąpienie nieznacznego spadku sił ciągnienia w przypadku ciągnienia z zastosowaniem kierunku odwróconego. Dla takich warunków nastąpiło częściowe odprężenie materiału stąd spadek wartości siły ciągnienia. Niemniej, ogólnie można stwierdzić, że ewentualne zastosowanie w technologii ciągnienia KWC ostatniego ciągu odwróconego nie spowoduje istotnych zmian efektów energetycznych. Przeprowadzone badania z zastosowaniem zmiany kierunku ciągnienia wskazują na wystąpienie nieznacznego spadku siły ciągnienia w przypadku ciągnienia z zastosowaniem kierunku odwróconego. Jak już wspomniano spowodowane to jest częściowym odprężeniem materiału, w warstwach zewnętrznych drutu, stąd spadek wartości siły ciągnienia. 65

67 Rys Układ schodkowy po trzecim etapie (kalibrującym d k =4,0mm), próbek ze stali niskowęglowej, dla kierunku zgodnego oraz kierunku odwróconego w stosunku do pierwotnego kierunku ciągnienia. (6,0/5,6/5,2 4,9/4,6/4,3 4,0; d k = 4,0) Również na Rys przedstawiono spadek siły ciągnienia zarejestrowany po zmianie kierunku ciągnienia na przeciwny. Podobnie do wcześniej przedstawionych przykładów uzyskany efekt można tłumaczyć wystąpieniem częściowego odprężenia materiału. Rys Układ korbowy po trzecim etapie (kalibrującym d k =4,0mm), próbek ze stali niskowęglowej, dla kierunku zgodnego oraz kierunku odwróconego w stosunku do pierwotnego kierunku ciągnienia. (6,0/5,6/5,2 4,9/4,6/4,3 4,0; d k =4,0). Dla układu korbowego (Rys. 5.23) sytuacja przedstawia się podobnie jak dla układu schodkowego, następuje nieznaczny spadek siły ciągnienia dla kierunku odwróconego. 66

68 Kolejnym etapem badań było określenie wpływu zmiany kąta obrotu płyt (α), w których mocowane były ciągadła na siły ciągnienia występujące w procesie kątowego wielostopniowego ciągnienia. Jak już wcześniej wspomniano urządzenie KWC umożliwia płynną regulację kąta skręcenia α. Analizie poddano cztery przykładowe ustawienia tarcz w urządzeniu KWC. Badania przeprowadzono dla kątów skręcenia tarcz α = 6, 10, 12 i Fc, kn czas, s Rys Zmiany sił ciągnienia w czasie w funkcji kąta skręcenia płyt oporowych α. 6, 10, 12, 15. Układ korbowy. I etap ciągnienia (6,0/5,6/,5,2; d k =5,2). Stal niskowęglowa. Na Rys przedstawiono zmiany wartości sił ciągnienia zarejestrowane dla różnego kąta skręcenia płyt. Pomiaru dokonywano dla α = 6, 10, 12, oraz 15. Przedstawione wyniki pomiarów pokazują wyraźnie, że dla skręcenia płyt oporowych o kąty α = 15 oraz α = 10 wartości sił ciągnienia były podobne i jednocześnie wyraźnie mniejsze od sił zarejestrowanych dla α = 6 i 12. Niemniej zaznaczyć należy, że tak sformułowane 67

69 Fc, kn czas, s Rys Zmiany sił ciągnienia w czasie w funkcji kąta skręcenia płyt oporowych α=6, α=10, α=12, α=15. Układ schodkowy. I etap ciągnienia (6,0/5,6/,5,2; d k =5,2). Stal niskowęglowa. wnioski dotyczą określonego schematu ciągnienia oraz kształtów strefy odkształcenia ciągadeł. Natomiast z przedstawionych na Rys wyników pomiarów wyraźnie widać, że największą siłę ciągnienia zarejestrowano dla przypadku kąta skręcenia tarcz α = 12. Interesujący jest fakt, że dla kąta skręcenia α = 6 o poziom siły ciągnienia jest niemal identyczny jak w przypadku ciągnienia dla α = 15 o. Przedstawione na rysunkach zarejestrowane pomiary sił ciągnienia wskazują na bardzo istotny związek pomiędzy schematem nastaw w urządzeniu KWC a parametrami energetycznymi procesu. Jak wynika z Rys zwiększenie kąta obrotu tarcz oporowych w których umiejscowione są ciągadła powoduje zmniejszenia wartości sił ciągnienia. Podobny efekt zaobserwowano również w przypadku schematu schodkowego Rys Zaobserwowana zależność jest prawdopodobnie wynikiem zmniejszenia długości strefy odkształcania sprężystego w części zgniatającej ciągadeł w wyniku zadziałania 68

70 podobnego efektu do zwiększonego przeciwciągu co wynika ze wzrostu kąta obrotu płyt. W wyniku zbilansowania sił przeciwciągu, ścinania na wejściu i wyjściu z ciągadeł, redukcji średnicy w stożku zgniatającym oraz sił tarcia całkowita siła ciągnienia przyjmuje wartości zależne od schematu ustawienia ciągadeł w urządzeniu KWC. Wskazuje to na dodatkowe możliwości optymalizowania warunków ciągnienia w celu uzyskania zakładanej wielkości odkształcenia całkowitego oraz jego niejednorodnego rozkładu w wyrobie gotowym. Zarejestrowane siły ciągnienia wskazują na bardzo istotny związek pomiędzy schematami nastaw w urządzeniu KWC a parametrami energetycznymi procesu. Zwiększenie kąta obrotu tarcz oporowych w których umiejscowione są ciągadła powoduje zmianę wartości sił ciągnienia w zależności od schematu ustawienia ciągadeł i wielkości kąta obrotu. Np. w przypadku schematu korbowego największą siłę ciągnienia zarejestrowano dla przypadku kąta skręcenia tarcz α=12 (Rys. 5.24). Interesujący jest fakt, iż dla kąta skręcenia α=6 poziom siły ciągnienia jest niemal identyczny jak w przypadku ciągnienia dla α=15. Podobny efekt zaobserwowano również w przypadku schematu schodkowego (Rys. 5.25). Jak już wspomniano zaobserwowana zależność jest prawdopodobnie wynikiem zmniejszenia długości strefy odkształceń sprężystych w części zgniatającej ciągadeł w wyniku zadziałania podobnego efektu do zwiększania przeciwciągu co wynika ze wzrostu kąta obrotu płyt. 5.2 BADANIA WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH Własności mechaniczne ciągnionych wyrobów zostały określone na podstawie próby jednoosiowego rozciągania. Na Rys przedstawiono wykresy rozciągania próbek miedzianych ciągnionych wg następujących układów ciągadeł w urządzeniu KWC: tradycyjny, posobny, korbowy, schodkowy. Zastosowany schemat gniotów dla próbek miedzianych został również wykorzystany w przypadku ciągnienia stali niskowęglowej. Redukcja średnicy następowała zgodnie z następującym schematem: 6,5mm 6,0 5,6 5,2 4,9 4,6 4,3 4,0mm. W przypadku próbek miedzianych zastosowano ten sam schemat gniotów przy czym średnica początkowa drutu miedzianego wynosiła d 0 = 6,4mm. Po ostatnim ciągu drut o średnicy 4,0 został poddany procesowi wyżarzania przez 1200s w temperaturze 190 C (w przypadku miedzi) oraz 500 o C i 800 o C (w przypadku stali tabela 4.3). 69

71 Rys Krzywe rozciągania próbek z miedzi dla czterech układów usytuowania ciągadeł w urządzeniu KWC. Układy: tradycyjny, posobny, korbowy, schodkowy. Przedstawione na Rys wyniki prób jednoosiowego rozciągania pokazują wyraźny, oczekiwany wzrost własności plastycznych po procesie wyżarzania dla wszystkich badanych przypadków. Największe własności plastyczne, reprezentowane tutaj przez maksymalne wydłużenia całkowite, zaobserwowano kolejno dla układów ciągnienia : tradycyjnego, korbowego i schodkowego. Podobnie, w przypadku próbek umocnionych widać, iż umocnienie materiału było większe w drutach ciągnionych wg układu tradycyjnego, schodkowego, korbowego i posobnego. Przedstawione krzywe plastycznego płynięcia dla układu korbowego i posobnego mają zbliżony przebieg przy czym korbowy charakteryzuje się nieco większym umocnieniem i równocześnie posiada wyższe własności plastyczne i wytrzymałościowe. Po procesie wyżarzania te proporcje własności mechanicznych ulegają zmianie. Podobny przebieg wykazują próbki po procesie ciągnienia wg układu korbowego i schodkowego. Próbki te posiadają wyższe własności wytrzymałościowe a niższe własności plastyczne w porównaniu do procesu prowadzonego wg układu tradycyjnego. Wyraźnie niższe własności wytrzymałościowe oraz plastyczne wykazują próbki po procesie ciągnienia prowadzonego wg układu posobnego. Zauważyć należy że, przeprowadzone badania wstępne dla miedzi pokazały szczególnie dobrą kombinację własności plastycznych oraz wytrzymałościowych próbek wyżarzonych po procesie ciągnienia wg układu tradycyjnego. Dużo większa akumulacja odkształcenia w procesie ciągnienia próbek wg układu korbowego oraz schodkowego spowodowała pogorszenie własności plastycznych materiału w porównaniu z próbkami po ciągnieniu wg układu tradycyjnego. Materiał odkształcany wg układów korbowego oraz schodkowego 70

72 umocnił się bardziej w porównaniu do próbek ciągnionych wg układu tradycyjnego. Interesujący jest również fakt, że dla układu posobnego zaobserwowane umocnienie było najsilniejsze. Spowodowane to zostało prawdopodobnie przez występowanie odprężających naprężeń podczas procesu ciągnienia, obecnych w układzie korbowym i schodkowym. Układ posobny tzn. proces ciągnienia równocześnie przez trzy ciągadła ustawione w jednej linii cechuje się występowaniem warunków ciągnienia z przeciwciągiem, tym tylko różni się od układu tradycyjnego. Różnica ta jednak przekłada się na większe umocnienie materiału w przypadku układu posobnego. W celu oceny powtarzalności uzyskiwanych wyników przeprowadzono powtórzenie procesów ciągnienia tzn. dwie serie badań: I oraz II. Na Rys oraz Rys przedstawiono wyniki z prób jednoosiowego rozciągania próbek ze stali niskowęglowej otrzymane w dwóch seriach badań procesów ciągnienia zrealizowanych w tych samych warunkach. Uzyskane wyniki są prawie identyczne w obu seriach. Przedstawione krzywe rozciągania próbek po procesie ciągnienia wg układu tradycyjnego wykazały największy stopień umocnienia i najwyższe własności wytrzymałościowe. Natomiast najlepszą kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych wykazały próbki z procesu ciągnienia wg układu schodkowego. Próbki ciągnione wg układu schodkowego posiadają najlepsze własności plastyczne w porównaniu zarówno z próbkami ciągnionymi wg układów tradycyjnego i korbowego. a) b) Rys Krzywe otrzymane w próbach jednoosiowego rozciągania próbek ze stali niskowęglowej. Naprężenie umowne odkształcenie umowne a); naprężenie rzeczywiste- odkształcenie rzeczywiste b). Wyniki badań na podstawie próbek z procesu ciągnienia wg schematów: schodkowego, korbowego oraz tradycyjnego. Seria badań I. 71

73 a) b) Rys Krzywe otrzymane w próbach jednoosiowego rozciągania próbek ze stali niskowęglowej. Naprężenie umowne odkształcenie umowne a); naprężenie rzeczywiste- odkształcenie rzeczywiste b). Wyniki badań na podstawie próbek z procesu ciągnienia wg schematów: schodkowego, korbowego oraz tradycyjnego. Seria badań II. Również wyniki badań własności mechanicznych w powtórzonej serii badań (Rys. 5.28) wyraźnie pokazują, że materiał ciągniony wg układu tradycyjnego umocnił się najbardziej. Również najbardziej korzystną kombinację własności plastycznych oraz wytrzymałościowych wykazują próbki po układzie schodkowym. Najwyższe własności plastyczne wykazywały próbki po układzie schodkowym. Równocześnie próbki po układzie schodkowym mają lepsze własności plastyczne w porównaniu z próbkami po ciągnieniu wg układu tradycyjnego. Próbki po układzie korbowym wykazały najmniej korzystną kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych. W celu zwiększenia ilości informacji na temat wpływu historii odkształcania na własności mechaniczne wyrobów ciągnionych, dla części próbek o średnicy 4,3mm przed ostatnim ciągiem kalibrującym zmieniono kierunek ciągnienia. Na Rys przedstawiono krzywe rozciągania dla próbek ciągnionych po zmianie kierunku na przeciwny. Na przedstawionych na Rys wynikach z prób rozciągania widać wyraźnie że szczególnie korzystną kombinacją własności wytrzymałościowych i plastycznych cechowały się próbki ciągnione z zastosowaniem układu korbowego. Porównując z wynikami przedstawionymi na Rys można stwierdzić, że ta tendencja jest odwrotna do tej obserwowanej w przypadku braku odwrócenia kierunku ciagnienia. 72

74 a) b) Rys Krzywe otrzymane w jednoosiowych próbach rozciągania próbek ze stali niskowęglowej. Wykres umowny a); wykres rzeczywisty b). Odwrócony kierunek ciągnienia przed ostatnim ciągiem. Na Rys przedstawiono krzywe rozciągania próbek ciągnionych w układach schodkowym i korbowym dla dwóch różnych obróbek cieplnych po ciągnieniu, z zastosowanym dodatkowo odwróconego kierunku ciągnienia przed ostatnim ciągiem kalibrującym. Próbki wyżarzano w temperaturze 500 C i 800 C. Zgodnie z oczekiwaniami widać wyraźnie że materiał po wyżarzaniu w temperaturze 800 C, w wyniku przejścia przez przemianę fazową ma dużo niższe własności wytrzymałościowe. Natomiast własności plastyczne nie wykazują wyraźnych różnic. a) b) Rys Krzywe rozciągania próbek dla układów: schodkowego i korbowego. Odwrócony kierunek ciągnienia przed ostatnim ciągiem kalibrującym. Temperatura wyżarzania: 500 C a), 800 C b). Wyżarzanie w temperaturze 800 o C spowodowało całkowite zniesienie wpływu zróżnicowania układów ciągnienia na charakter umocnienia badanych próbek. W 73

75 przypadku wyżarzania w temperaturze 500 o C. obserwujemy istotne zróżnicowanie wpływu układów ciągnienia zarówno na własności wytrzymałościowe jak i plastyczne. W obu przypadkach najkorzystniejszą kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych posiadały próbki po procesie ciągnienia wg układu schodkowego. Wyraźnie widać, że wydłużenie jednorodne dla układu schodkowego ciągadeł jest wyższe w porównaniu z układem korbowym i tradycyjnym, a wytrzymałość pozostaje na mniej więcej jednakowym poziomie dla wszystkich trzech przypadków. Dla układu tradycyjnego w próbie jednoosiowego rozciągania, zaobserwowano spadek własności plastycznych. Istnieją znaczne różnice we własnościach plastycznych pomiędzy próbkami otrzymanymi z trzech różnych układów ciągnienia. Wydłużenie równomierne i wydłużenie całkowite były wyraźnie wyższe w przypadku drutów ciągnionych w układach schodkowym i korbowym. Przedstawione w tym rozdziale wyniki badań pokazują, iż zastosowana metoda kątowego wielostopniowego ciągnienia w połączeniu z obróbką cieplną otwiera szeroki zakres możliwości sterowania własnościami mechanicznymi wyrobów ciągnionych. Z badań równocześnie wynika, że najbardziej korzystnym z punktu widzenia własności wyrobu gotowego jest układ schodkowy. Po zastosowaniu takiego układu, w porównaniu z innymi układami ciągnienia, uzyskiwano najkorzystniejsze kombinacje własności wytrzymałościowych i plastycznych. Na podkreślenie zasługuje fakt, że przy wzroście własności wytrzymałościowych obserwowano zachowanie już istniejących lub poprawą własności plastycznych badanych wyrobów ciągnionych. 74

76 OCENA WŁASNOŚCI PLASTYCZNYCH (ZASTOSOWANIE KRYTERIUM CONSIDÉRE). Ocena własności plastycznych jest bardzo trudna w materiałach wykazujących małe wartości wydłużenia w próbach jednoosiowego rozciągania. Z tego powodu dla poprawienia dokładności wyznaczanych własności plastycznych stosuje się tzw. Kryterium Considere, stwierdzające że maksymalna wartość wydłużenia równomiernego w próbie rozciągania odpowiada momentowi pojawienia się w rozciąganej próbce przewężenia. W celu określenia miejsca, w którym rozpoczyna się przewężenie, wyznaczono rzeczywiste krzywe rozciągania badanych próbek. a) b) c) Rys Wyznaczanie maksymalnego wydłużenia równomiernego próbek ze stali niskowęglowej po ciągnieniu i wyżarzaniu w temperaturze 500 C. Układ korbowy - a); układ schodkowy - b); układ tradycyjny - c). 75

77 Według przyjętego kryterium moment, w którym zaczyna się tworzyć szyjka odpowiada momentowi utraty stateczności plastycznej rozciąganego materiału. wykresu. Odkształcenie plastyczne występujące w próbie jednoosiowego rozciągania powoduje lokalne zmniejszenie pola przekroju, co umożliwia dalsze odkształcanie materiału wraz ze wzrostem naprężenia. Odkształcenie równomierne występuje tak długo, jak rzeczywiste naprężenie jest poniżej wartości wskaźnika umocnienia (dσ./dε). Gdy te dwie wielkości są równe, zaczyna tworzyć się szyjka. Metoda wyznaczania maksymalnej wartości wydłużenia równomiernego jest znana jako kryterium Considére [58]. Na przedstawionych na Rys krzywych rozciągania wyraźnie widać, że wartości maksymalnego odkształcenia równomiernego są silnie kontrolowane przez historie odkształcania w procesie ciągnienia. Zauważyć można, że wydłużenie znacznie wzrosło i osiągnęło wartość 0,111 po wyżarzaniu dla układu korbowego i 0,119 dla układu schodkowego. Podsumowując badania własności mechanicznych można ogólnie stwierdzić, że proces KWC ma znaczny wpływ na właściwości mechaniczne uzyskiwanych wyrobów ciągnionych, co reprezentowane jest przede wszystkim przez wzrost ciągliwości. Jednakże należy jednocześnie stwierdzić, że wiele kwestii związanych z wytwarzaniem wyrobów ciągnionych metodą KWC wymaga przeprowadzenia dalszych analiz, ponieważ istnieje wiele czynników mających wpływ na własności mechaniczne. Do najważniejszych należą: - warunki smarowania, które w znaczący sposób wpływają na teksturę ciągnionych wyrobów, - kształt stref odkształcania ciągadeł, - nastawy urządzenia KWC oraz gnioty jednostkowe, - właściwości mechaniczne wsadu, - parametry wyżarzania. Należy również zaznaczyć, że wpływ na własności mechaniczne wyrobów ciągnionych mają również inne czynniki materiałowe, brane pod uwagę w znanych, typowych procesach przeróbki plastycznej, takie jak np.: skład chemiczny, skład mikrostrukturalny czy tekstura. Jak wynika z przedstawionych badań metoda KWC umożliwia uzyskanie istotnego wzrostu własności plastycznych wyrobów ciągnionych. Podkreślić należy, że 76

78 podstawową tego przyczyną jest zmiana historii odkształcania. Zastosowanie układu korbowego i schodkowego w urządzeniu KWC w znacznym stopniu wpływa na zróżnicowanie umocnienia na przekroju poprzecznym ciągnionych wyrobów. Istnieją znaczne różnice we własnościach plastycznych pomiędzy próbkami otrzymanymi z trzech różnych układów ciągnienia. W każdym jednak wypadku maksymalne wartości wydłużenia równomiernego oraz całkowitego w próbie jednoosiowego rozciągania były wyraźnie wyższe dla drutów ciągnionych z wykorzystaniem metody KWC. 5.3 PRÓBA DWUKIERUNKOWEGO PRZEGINANIA DRUTU Próba dwukierunkowego przeginania wyznacza odporność drutu na odkształcenia plastyczne. Polega na wielokrotnym przeginaniu próbki, zamocowanej na jednym końcu, o kąt 90 w przeciwnych kierunkach względem osi wałka, o określonym promieniu. Próbę przeprowadzono zgodnie z normą [59]. Rys Konstrukcja urządzenia do próby dwukierunkowego przeginania drutu [59]. Miarą próby była liczba przegięć N b. Próbę przeprowadzono do momentu osiągnięcia liczby przegięć odpowiadającej pojawieniu się pierwszego pęknięcia N bp, a następnie do uzyskania liczby przegięć N bz, przy której nastąpiło całkowite złamanie próbki. Przegięcie ostatnie, które spowodowało pęknięcie lub złamanie próbki nie było wliczane do liczby przegięć N b. Próbę dwukierunkowego przeginania przeprowadzono w temperaturze 20 C. Promień wałka zginającego r, odległość prowadnicy wałków h, średnicę otworu prowadnicy d g dobrano zgodnie z normą. Próbkę umieszczono w 77

79 jednym z otworów prowadnicy tak, jak przedstawiono na Rys Dolny koniec próbki zamocowano między uchwytami, aby próbka była prostopadła do osi wałków zginających. Próbkę przeginano o kąt 90 na przemian w przeciwnych kierunkach. Jedno przegięcie stanowiło przegięcie próbki o kąt 90 i jej powrót do pierwotnej pozycji. Sumaryczny kąt jednego przegięcia wynosił 180. Na Rys przedstawiono wykres z próby przeginania dla temperatury wyżarzania 500 C. Widać że materiał ciągniony wg układów korbowego i schodkowego umocnił się i wykazuje spadek odporności drutu na odkształcenia plastyczne w porównaniu z ciągnieniem tradycyjnym. Te własności wyrównują się dopiero gdy zastosowano zmianę kierunku ciągnienia przed ostatnim ciągiem kalibrującym. Rys Wyniki z próby przeginania dla temperatury wyżarzania 500 C Natomiast na Rys dla warunków wyżarzania 800 C najwyższą odporność na odkształcenia wykazują próbki po układzie korbowym. Własności te zmieniają się po zastosowaniu ciągnienia w przeciwnym kierunku, wówczas to układ schodkowy okazał się najkorzystniejszy. 78

80 Rys Wyniki z próby przeginania dla temperatury wyżarzania 500 C Interesującym jest fakt, że wyroby ciągnione z zastosowaniem układu schodkowego wykazują poprawę własności wg wyników badań uzyskanych z próby rozciągania, natomiast z próby przeginania zauważono tendencję do spadku odporności na odkształcenie plastyczne. Dopiero wyżarzanie w temperaturze 800 C i zastosowanie kierunku odwróconego w ostatnim ciągu zbliża do siebie wyniki z obu prób. Dla temperatury 800 C i kierunku odwróconego układ schodkowy okazuje się najkorzystniejszy ponieważ daje dużą odporność na odkształcenia zarówno na podstawie badań z próby rozciągania oraz z próby przeginania. Jak już wcześniej wspomniano zastosowanie kierunku odwróconego częściowo odpręża materiał i ten fakt wyraźnie przekłada się również na wyniki badań własności technologicznych. 5.4 OCENA LOKALNYCH WARTOŚCI ODKSZTAŁCENIA W DRUTACH CIĄGNIONYCH Do doświadczalnej oceny rozkładu odkształceń w próbkach uzyskanych w procesie ciągnienia metodą KWC wykorzystano pomiary twardości. W tym celu konieczne było skonstruowanie krzywej twardości. Pomiary twardości wykonano dla określonych układów ciągnienia: ciągnienie tradycyjne, ciągnienie posobne, ciągnienie wg układów: korbowego oraz schodkowego. Następnie wykonano zgłady metalograficzne oraz przeprowadzono: pomiary twardości na przekrojach poprzecznych i wzdłużnych. Na podstawie uzyskanych wyników zbudowano krzywe twardości. przeprowadzono analizę stanu odkształcenia w drutach ciągnionych metodą KWC na podstawie rozkładów twardości i krzywych twardości. KONSTRUKCJA KRZYWEJ TWARDOŚCI Przygotowane zgłady metalograficzne przekrojów poprzecznych i wzdłużnych wsadu oraz drutu po każdym ciągu poddano badaniom twardości metodą Vickersa przy masie obciążenia 0,2kg. Na podstawie otrzymanych rozkładów twardości skonstruowano krzywe twardości HV0,2=f(ε i ) (Rys. 5.35) przypisując poszczególnym wartościom odkształcenia zmierzone wartości twardości. Otrzymane wyniki 79

81 aproksymowano funkcją wielomianową trzeciego stopnia, w efekcie otrzymano dwa poniższe równania charakteryzujące związek pomiędzy wielkością intensywności odkształcenia o twardością: dla przekroju poprzecznego HV0,2 = 162,57 ε i3 268,27 ε i ,27 ε i + 137,78 (5.1) dla przekroju wzdłużnego HV0,2 = 141,64 ε i3 241,02 ε i ,48 ε i + 136,07 (5.2) Twardość HV0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 Intensywność odkształcenia, ε i przekr.poprzeczny Wielob. (przekr.poprzeczny) przekr.wzdłużny Wielob. (przekr.wzdłużny) Rys Krzywe twardości uzyskane dla badanej stali niskowęglowej. Pomiary twardości metodą Vickersa wykonano na twardościomierzu Zwick , stosując obciążenie 0,2kg. Dla drutu ciągnionego w tradycyjny sposób, pomiary twardości wykonano po promieniu, zaczynając od środka próbki i kierując się na zewnątrz, odciski wykonywano w odstępach 0,22mm. Dla drutu ciągnionego metodą kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC, pomiary wykonano wzdłuż promieni, kierując się od środka próbki na zewnątrz, na każdej próbce wykonano pomiary wzdłuż 16 promieni równomiernie rozmieszczonych na obwodzie próbki co ok. 22. Odciski wykonywano na przekroju poprzecznym próbki o średnicy 4,0mm co ok.0,22mm, a na przekroju poprzecznym o średnicy 4,9mm co ok.0,24 mm wg schematu (Rys. 5.36): 80

82 Rys Schemat wykonywania pomiarów twardości HV0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Odległość od środka, mm Rys Zestawienie wszystkich rozkładów twardości dla drutu o średnicy 4,0 mm badanych drutów. ε i 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 Odległość od środka, mm Rys Zestawienie wszystkich rozkładów intensywności odkształcenia dla drutu o średnicy 4,0 mm Układ tradycyjny i korbowy. 81

83 W efekcie przeprowadzonych badań wstępnych bardziej interesującym do analizy wydawał się układ korbowy stąd badania twardości zostały przeprowadzone tylko dla tego układu a następnie porównywano go z układem tradycyjnym. Krzywe twardości wykorzystano następnie do analizy stanu odkształcenia na przekroju poprzecznym prętów. Najpierw wykonano krzywą twardości dla badanego materiału, a następnie wykonano pomiary twardości i ich rozkłady na przekroju prętów odkształconych z wykorzystaniem metody kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC. Krzywe twardości (Rys. 5.35) obrazują umacnianie się materiału, wraz ze wzrostem zadawanego gniotu. Krzywe wykonano dla przekroju poprzecznego i wzdłużnego. Przebiegi obu krzywych wykazywały bardzo podobny charakter. Przebieg obydwu krzywych twardości jest bardzo równomierny, wykazuje stopniowy, łagodny wzrost, proporcjonalnie do zadawanego odkształcenia. Świadczy to o bardzo powolnym umacnianiu się materiału, w badanym zakresie odkształcenia. Na wykresie porównawczym widać minimalne różnice, są one jednak do przyjęcia. Na podstawie krzywych twardości wykonano krzywe odwrotne, które były niezbędne w celu wyznaczenia rozkładu i interpretacji odkształcenia w badanym materiale. W celu wykonania ww. analizy należało zmierzyć twardość na przekroju ciągnionego drutu. Ponieważ wykorzystany tutaj proces ciągnienia odbywał się dwuetapowo, w związku z tym badano dwa przekroje: po pierwszym etapie 4,9 mm oraz po kalibrowaniu próbek z drugiego etapu na 4,0 mm. Na każdym przekroju wykonano ponad 130 pomiarów, wykonując je promieniowo od środka w kierunku powierzchni drutów; zmierzono twardość wzdłuż szesnastu promieni. Kolejnym krokiem było odpowiednie zestawienie uzyskanych wyników w postaci rozkładów twardości. Już tutaj po wyglądzie krzywych twardości można było stwierdzić, że materiał odkształcił się bardzo nierównomiernie. Materiał po pierwszym etapie ciągnienia w układzie korbowym wykazywał znaczną nierównomierność rozkładów twardości wzdłuż promienia. Ogólnie twardości były niższe niż zmierzone w materiale ciągnionym metodą tradycyjną. Przebiegi rozkładów twardości wzdłuż wszystkich promieni wykazywały w miarę podobny charakter, choć nie zanotowano dwóch identycznych krzywych. Łączyło je to, że w każdym wypadku twardość w osi była wyższa niż twardość zmierzona w warstwach zewnętrznych. Po drugim etapie ciągnienia w układzie korbowym zauważono zwiększenie nierównomierności twardości na przekroju badanej próbki. Tutaj również twardość zewnętrznych warstw materiału była niższa niż twardość w osi. Rozkłady twardości wykazywały bardzo różnorodne przebiegi i 82

84 występowały duże różnice twardości. Obserwowano obszary wyższej twardości niż w materiale ciągnionym metodą tradycyjną. Świadczy to o zróżnicowaniu rozkładów umocnienia w ciągnionym materiale. Analizując rozkłady intensywności odkształcenia, widać jak bardzo niejednorodne odkształcenie wystąpiło w materiale. Przebiegi krzywych ε i =f(hv0,2) są bardzo różne. Rozkłady odkształcenia mają charakter falisty, wykazują minima i maksima, a występujące różnice są niejednokrotnie bardzo duże. 5.5 BADANIA MIKROSTRUKTURY Uzyskane w procesie kątowego wielostopniowego ciągnienia KWC próbki poddano badaniom mikrostruktury. Wykonano zgłady metalograficzne zarówno w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku ciągnienia jak i wzdłużnej. Tak przygotowane próbki poddano procesowi trawienia w celu ujawnienia mikrostruktury. Następnie przy użyciu mikroskopu optycznego obserwowano uzyskany obrazy metalograficzne badanej stali niskowęglowej oraz próbek z miedzi. Materiałem wsadowym zastosowanym do badań była stal niskowęglowa dostarczona jako walcówka o jednorodnej, mikrostrukturze ferrytycznej. Walcówka pocięta na pręty o długości 3m poddana została procesowi ciągnienia na zimno w urządzeniu KWC, a następnie procesowi wyżarzania w dwóch różnych temperaturach: 500 C i 800 C przez 1200s, 600s. Otrzymane w ten sposób próbki zostały poddane analizie mikrostruktury. Proces wyżarzania w temperaturze 500 C zastosowano w celu przyspieszenia odprężenia struktury dyslokacyjnej. Temperatura ta jest niższa od temperatury rekrystalizacji badanych stali. Obserwacje mikrostruktury materiału wsadowego, ze stali niskowęglowej był typowe, tzn. z dominującym udziałem fazy ferrytycznej o jednorodnym rozkładzie wielkości ziarna na przekroju poprzecznym i wzdłużnym (Rys.5.40). Zmiany w mikrostrukturze obserwowano zarówno przy użyciu mikroskopu optycznego jak i skaningowego mikroskopu elektronowego. Wyniki analizy przeprowadzonej z wykorzystaniem techniki dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych EBSD (ang. Electron BackScattered Diffraction) zostały przedstawione na (Rys. 5.39). Widoczne tutaj jest silniejsze rozdrobnienie mikrostruktury w warstwach przypowierzchniowych, co jak należy sądzić jest bezpośrednim efektem niejednorodnej akumulacji odkształcenia oraz większego odkształcenia całkowitego w warstwach powierzchniowych, mniejsze w warstwach położonych bliżej osi ciągnionych prętów. Obserwowana mikrostruktura w tym wypadku była wyraźnie silniej odkształcona, jednocześnie porównując Rys b i 83

85 a) b) c) d) Rys Zmiany w mikrostrukturze próbek ze stali niskowęglowej otrzymane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (analiza EBSD). Układ schodkowy, środek próbki - a), b), układ schodkowy, powierzchnia próbki c), d), a) b) c) Rys Mikrostruktury próbek wykonanych ze stali niskowęglowej materiału wsadowego, wykonane na przekroju: wzdłużnym - a), poprzecznym - b), i wzdłuż promienia drutu - c). 84

86 d można zauważyć, że w przypadku warstw przypowierzchniowych obserwuje się większą objętość ziarn z granicami o wyższym kącie dezorientacji (>15 ). Świadczy to o wykorzystaniu energii odkształcenia, która w wyniku wyżarzania umożliwiła utworzenie drobnoziarnistej mikrostruktury będącej efektem uzyskanej przebudowy podstruktury dyslokacyjnej. Zmiany w mikrostrukturze próbek ze stali niskowęglowej wsadu obserwowane przy użyciu mikroskopu optycznego zostały przedstawione na Rys Wyniki z obserwacji mikrostruktury uzyskane za pomocą mikroskopii optycznej (na przekroju poprzecznym i wzdłużnym) oraz analiza EBSD (na przekroju wzdłużnym) ujawniły pojawiające się różnice co do wielkości i rozmieszczenia ziarn w zależności od zastosowanego układu ciągnienia. Na kształt i wielkość ziarna bezpośredni wpływ miały: zastosowany układ ciągnienia, schematy ciągnienia czyli określona droga odkształcenia oraz temperatura wyżarzania. Wpływ ten, jest szczególnie widoczny na Rys. 5.41, Rys. 5.42, Rys Przedstawiona tutaj mikrostruktura składała się z wydłużonych ziaren, przy czym kierunek ich wydłużenia, był zgodny z kierunkiem ciągnienia, co zaobserwowano dla wszystkich przypadków. Zróżnicowanie wielkości ziaren na przekroju wahało się od 25 µm w środku materiału do 10 µm blisko powierzchni drutu. Charakterystyczne jest, że w przypadku schematu schodkowego odkształcenie ziaren w osi ciągnionego drutu było najmniejsze (Rys. 5.42c). Obserwowany efekt jest zgodny ze sformułowanymi wcześniej wnioskami, że odkształcenie dla tego schematu zakumulowane było przede wszystkim w warstwach powierzchniowych (Rys. 5.42b) 85

87 a) b) Rys Mikrostruktury próbek wykonanych ze stali niskowęglowej na przekroju wzdłużnym drutu, blisko powierzchni. Układ korbowy - a), układ schodkowy - b). Temperatura wyżarzania: 500 C. a) b) c) d) e) f) Rys Mikrostruktury próbek wykonanych ze stali niskowęglowej, na przekroju wzdłużnym oraz w środku drutu. Układ tradycyjny - a), d), układ korbowy - b), e), układ schodkowy III - c), f). Temperatury wyżarzania: 500 C - a), b), c) oraz 800 C - d), e), f). 86

88 Rys Mikrostruktura próbki wykonanej ze stali niskowęglowej. Przekrój poprzeczny, temperatura wyżarzania 800 C. Wyniki badań mikrostruktury wsadu próbek z miedzi przedstawiono na Rys a) b) c) d) Rys Mikrostruktury próbek wykonanych z Cu, na przekroju poprzecznym - a), b), oraz wzdłużnym - c), d) wsadu. 87

89 a) b) c) d) Rys Mikrostruktury próbek wykonanych z Cu na przekroju poprzecznym - a), b), oraz wzdłużnym próbek po procesie ciągnienia wg układu tradycyjnego - c), d). Próbki po wyżarzaniu w temperaturze 190 C. a) b) c) d) Rys Mikrostruktury próbek wykonanych z Cu na przekroju poprzecznym - a), b), oraz wzdłużnym próbek po procesie ciągnienia wg układu korbowego - c), d). Próbki po wyżarzaniu w temperaturze 190 C. 88

90 Rozwój mikrostruktury w próbkach z miedzi po zastosowaniu różnych układów ciągnienia przedstawiono na Rys oraz Rys Przeprowadzone badania mikrostrukturalne potwierdziły występowanie znaczącej niejednorodności odkształcenia, powodującej różny rozwój mikrostruktury badanych drutów, zarówno ze stali niskowęglowej jak i miedzi. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że różny rozwój mikrostruktury jest efektem niejednorodnej akumulacji energii odkształcenia, która zmieniała się w zależności od zastosowanego układu ciągadeł oraz pozostałych nastaw w urządzeniu KWC. Miedź, przyjęta w przeprowadzonych badaniach jako materiał badań wstępnych wykazywała stosunkowo mało czytelne zmiany w mikrostrukturze. Natomiast w przypadku ciągnienia stali niskowęglowej, przeprowadzona analiza mikrostrukturalna w pełni ujawniła złożony charakter związków występujących pomiędzy historią odkształcenia a rozwojem mikrostruktury w procesach ciągnienia wykorzystujących urządzenie do kątowego wielostopniowego ciągnienia. a) b) c) Rys Mikrostruktury stali niskowęglowej po ciągu kalibrującym na przekroju poprzecznym - a) wzdłużny - b) i c). 89

91 Na Rys przedstawiono wyniki obserwacji z wykorzystaniem mikroskopu optycznego, wskazujące na silną niejednorodność mikrostruktury w ciągnionych próbkach ze stali niskowęglowej na przekroju poprzecznym i wzdłużnym. Można zauważyć, że na przedstawionych zdjęciach obok siebie występują zarówno ziarna duże jak i drobne. Przedstawione wyniki badań mikrostrukturalnych upoważniają do sformułowania wniosku ogólnego, że postawione w niniejszej pracy cele zostały osiągnięte, tzn uzyskano odpowiednie niejednorodne zmiany mikrostrukturalne jako efekt złożonej historii odkształcania za pomocą urządzenia KWC. Niemniej, stwierdzić również należy że ostateczne wnioski ogólne, a zwłaszcza w ocenie ilościowej zaobserwowanych zależności będą mogły być sformułowane dopiero po przeprowadzeniu dalszych badań z wykorzystaniem większej liczby schematów odkształcania oraz różnych kształtów strefy odkształcenia ciągadeł. Dopiero wtedy możliwym będzie wyznaczenie ilościowego opisu związków pomiędzy warunkami odkształcania w urządzeniu KWC a wynikowymi zmianami obserwowanymi w mikrostrukturze. 6. SYMULACJE KOMPUTEROWE W celu wsparcia procesu projektowania oraz dla umożliwiania poprawnej interpretacji wyników badań doświadczalnych zastosowano symulację komputerową przeprowadzonego procesu ciągnienia. Aby wiernie oddać warunki procesu i uwzględnić skomplikowane nastawy urządzenia KWC oraz złożony stan odkształcenia, konieczne było pełne 3D rozwiązanie metodą elementów skończonych (MES). W efekcie przeprowadzono ocenę możliwości symulacji MES procesu kątowego wielostopniowego ciągnienia i zastosowania tego rozwiązania jako modelu zadania bezpośredniego w analizie inverse do identyfikacji współczynników modelu reologicznego. Na podkreślenie zasługuje fakt, że uwzględniony został wpływ zmiennej drogi odkształcenia na mechanizm odkształcenia materiałów polikrystalicznych. Do symulacji wykorzystano program Simufact.forming 8.1 bazujący na solverze MSC.Marc. Jest to jeden z największych na rynku solverów elementów skończonych do analiz nieliniowych. Wykorzystano formulację implicit, elementów typu hex8. Do symulacji procesu ciągnienia w urządzeniu KWC zastosowano model materiałowy - 90

92 sprężysto plastyczny z umocnieniem mieszanym (izotropowo-kinematyczny). Program ten posiadał możliwość zadawania złożonych schematów ciągnienia. Na Rys. 6.1 przedstawiono zarys narzędzi oraz próbki z siatką. W pierwszym etapie (2D), siatka składała się z elementów typu QUAD4, czterowęzłowych czworoboków. Na promieniu pręta było około 8 elementów. Wykorzystywano automatyczny remeshing. W etapie 3D wykorzystana została ta sama siatka, z tym, że obróbona o 360 względem osi. wówczas z elementów QUAD4 zrobiły się elementy HEX8, sześciościenne, ośmiowęzłowe. wykorzystywany był również automatyczny remeshing, z rozmiarem (średnim!) elementu na poziomie 1/6-1/8 promienia pręta. Zagęszczanie oczywiście zwiększało liczbę elementów. Elementów w etapach 3D było około 120 tysięcy, w 2D około Automatyczny remeshing miał przyjęte kryteria zniekształcenia elementu (kąty wewnętrzne itp.) oraz odkształcenia 0.4, tzn. jeśli w modelu pojawiło się odkształcenia 0.4 to program przebudowywał, a później zapamiętywał jakie są odkształcenia i śledził kolejną zmianę o 0.4. elementów skończonych na początku i na końcu odkształcenia. analizie poddano wybrane przykłady kątowego wielostopniowego ciągnienia. W symulacji analizie poddano proces ciągnienia wg schematów: posobnego (tradycyjne ciągnienie) oraz korbowego (kątowe ciągnienie). W celu oceny wpływu nastaw urządzenia na rozkład intensywności odkształcenia w ciągnionym wyrobie porównano wyniki z procesem tradycyjnym. Rozkłady odkształceń dla uzyskane w symulacjach procesu kątowego wielostopniowego ciągnienia jednoznacznie potwierdzają słuszność założenia o możliwości kontrolowania rozkładu niejednorodności odkształcenia w wyrobach ciągnionych z wykorzystaniem tej metody. Wyniki symulacji rozkłady odkształceń zgadzają się z doświadczeniem. Widać to w szczególności porównując wyniki symulacji z wynikami badań mikrostruktury. Na Rys. 6.1 przedstawiono wyniki symulacji dla schematu korbowego. Symulacja komputerowa pozwoliła na ocenę stanu mechanicznego podczas zastosowanych schematów ciągnienia. Rozkłady odkształcenia pokazują, że w materiale obecne są efekty zastosowania różnej drogi odkształcenia. Ocena ilościowa skutków zastosowanych sposobów oraz schematów odkształcania w postaci np. rozwoju mikrostruktury możliwa jest jedynie z wykorzystaniem symulacji komputerowej. Z wyników przeprowadzonej symulacji komputerowej jednoznacznie wynika występowanie niejednorodnej akumulacji odkształcenia. Schemat korbowy powoduje większą niejednorodność odkształcenia przy tej samej redukcji średnicy. Niemniej, zgodnie z oczekiwaniami rozkład odkształceń na przekroju poprzecznym drutów dla schematu 91

93 korbowego jest bardziej nierównomierny co wpływa na kształt pola tego przekroju. Symulacja komputerowa pozwoliła również na stwierdzenie, że na obecnym etapie badań brak jest modelu materiału i procesu, który uwzględniałby wpływ zmiennej drogi odkształcenia na mechanizm odkształcenia i pozwalał na osiągnięcie ilościowej zgodności z doświadczeniem. Aby ustalić ten wpływ należy przeprowadzić analizę odwrotną polegającą na oszacowaniu wartości parametrów modelu reologicznego. Rys. 6.1 Wyniki symulacji komputerowej procesu ciągnienia dla układuu korbowego. Odkształcenia efektywne które przedstawiono na Rys. 6.2 opisują w sposób obiektywny stan materiału jego stopień umocnienia oraz jego niejednorodnośćć wskutek wzrostu gęstości dyslokacji. 92

94 Rys. 6.2 Odkształcenia efektywne na przekroju poprzecznym próbki dla układu korbowego. I etap 6,0mm 5,6mm 5,2mm. Układ korbowy. Na Rys. 6.3 przedstawiono rozkład intensywności odkształceń (odkształceń efektywnych) dla układu posobnego. Natomiast Rys. 6.4 przedstawia rozkłady odkształceń w badanej próbce dla układu korbowego. a) b) Rys. 6.3 Wyniki symulacji procesu ciągnienia wg schematu posobnego, odkształcenie efektywne, układ posobny - a), rozkład odkształcenia na przekroju poprzecznym drutu - b). 93

95 a) b) Rys. 6.4 Wyniki symulacji procesu ciągnienia wg schematu korbowego, odkształcenia efektywne, układ korbowy a) oraz rozkład odkształcenia na przekroju poprzecznym drutu b). Na Rys. 6.5 przedstawiono rozkłady odkształceń na przekroju poprzecznym dla układu korbowego. Przekroje zostały wygenerowane dla kilku etapów płynięcia materiału w strefie odkształcenia. a) b) c) d) Rys. 6.5 Rozkłady odkształceń efektywnych na przekroju poprzecznym drutu po wyjściu z pierwszego ciągadła - a), drut w drugim ciągadle - b), po przejściu przez drugie ciągadło - c), drut po przejściu przez trzecie ciągadło - d). 94