Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди

Изучена структура литой заготовки прямоугольного сечения, полученной на установке непрерывного литья типа HAZELETT и предназначенной для последующей деформации на стане горячей сортовой прокатки. Произведено пошаговое измерение твердости по Бриннелю на темплетах поперечного сечения литой заготовки...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Логинов, Ю.Н., Мысик, Р.К., Смирнов, С.Л., Брусницын, С.В., Сулицин, А.В., Груздева, И.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2009
Schriftenreihe:	Процессы литья
Schlagworte:	Новые литые материалы
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114164
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди / Ю.Н. Логинов, Р.К. Мысик, С.Л. Смирнов, С.В. Брусницын, А.В. Сулицин, И.А. Груздева // Процессы литья. — 2009. — № 3. — С. 50-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-114164
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1141642017-03-03T03:02:44Z Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди Логинов, Ю.Н. Мысик, Р.К. Смирнов, С.Л. Брусницын, С.В. Сулицин, А.В. Груздева, И.А. Новые литые материалы Изучена структура литой заготовки прямоугольного сечения, полученной на установке непрерывного литья типа HAZELETT и предназначенной для последующей деформации на стане горячей сортовой прокатки. Произведено пошаговое измерение твердости по Бриннелю на темплетах поперечного сечения литой заготовки, продольного вертикального и продольного горизонтального сечений. На основании отклонений формы отпечатков от правильной окружности сделан вывод об анизотропии свойств меди, полученной способом непрерывного литья. Построены координатные зависимости, характеризующие анизотропию литого металла. На основании анализа модели упруго-пластической среды сделано заключение о наличии связи между некруглой формой отпечатков, расположением дендритов, а также текстурой литого металла. Выводы подтверждены статистической обработкой. Вивчена структура литої заготівки прямокутного перерізу, яка отримана на установці безперервного лиття типу HAZELETT і призначена для наступної деформації на стані гарячої сортової прокатки. Вироблено покроковий вимір твердості по Бріннелю на темплетах поперечного перерізу литої заготівки, поздовжнього вертикального і продольного горизонтального перерізу. На основі відхилень форми відбитків від правильного кола було зроблено висновок про анізотропію властивостей міді, отриманої способом безперервного лиття. Побудовані координатні залежності, які характеризують анізтропію литого металу. На основі аналізу моделі пружно-пластичного середовища було зроблено висновок про наявність зв’язку між некруглою формою відбитків, розміщенням дендритів, а також текстурою литого металу. Висновки підтверждені статистичною обробкою. Structure of cast rectangular cross section poured on Hazelett continuous casting machine and meant for subsequent deformation on hot-rolling profilled mill is studied. Step by step Brinnel hardness test on cross-section, longitudinal vertical and horizontal section templet is taken. Conclusion about copper properties anisotropy poured on continuous casting method is drawn under dent out-of-roundess. coordinate relation characterized cast metal anisotropy is drawn. Dependence between dent out-of-roundess and dendrite placement and cast structure is established under simulation analysis of plasto-elastic medium. summary is confirmed by means of statistical trearment. 2009 Article Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди / Ю.Н. Логинов, Р.К. Мысик, С.Л. Смирнов, С.В. Брусницын, А.В. Сулицин, И.А. Груздева // Процессы литья. — 2009. — № 3. — С. 50-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114164 621.74.047 ru Процессы литья Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Новые литые материалы Новые литые материалы
spellingShingle	Новые литые материалы Новые литые материалы Логинов, Ю.Н. Мысик, Р.К. Смирнов, С.Л. Брусницын, С.В. Сулицин, А.В. Груздева, И.А. Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди Процессы литья
description	Изучена структура литой заготовки прямоугольного сечения, полученной на установке непрерывного литья типа HAZELETT и предназначенной для последующей деформации на стане горячей сортовой прокатки. Произведено пошаговое измерение твердости по Бриннелю на темплетах поперечного сечения литой заготовки, продольного вертикального и продольного горизонтального сечений. На основании отклонений формы отпечатков от правильной окружности сделан вывод об анизотропии свойств меди, полученной способом непрерывного литья. Построены координатные зависимости, характеризующие анизотропию литого металла. На основании анализа модели упруго-пластической среды сделано заключение о наличии связи между некруглой формой отпечатков, расположением дендритов, а также текстурой литого металла. Выводы подтверждены статистической обработкой.
format	Article
author	Логинов, Ю.Н. Мысик, Р.К. Смирнов, С.Л. Брусницын, С.В. Сулицин, А.В. Груздева, И.А.
author_facet	Логинов, Ю.Н. Мысик, Р.К. Смирнов, С.Л. Брусницын, С.В. Сулицин, А.В. Груздева, И.А.
author_sort	Логинов, Ю.Н.
title	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди
title_short	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди
title_full	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди
title_fullStr	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди
title_full_unstemmed	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди
title_sort	анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Новые литые материалы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/114164
citation_txt	Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди / Ю.Н. Логинов, Р.К. Мысик, С.Л. Смирнов, С.В. Брусницын, А.В. Сулицин, И.А. Груздева // Процессы литья. — 2009. — № 3. — С. 50-58. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Процессы литья
work_keys_str_mv	AT loginovûn anizotropiâmehaničeskihsvojstvdendritnojstrukturynepreryvnolitojkislorodosoderžaŝejmedi AT mysikrk anizotropiâmehaničeskihsvojstvdendritnojstrukturynepreryvnolitojkislorodosoderžaŝejmedi AT smirnovsl anizotropiâmehaničeskihsvojstvdendritnojstrukturynepreryvnolitojkislorodosoderžaŝejmedi AT brusnicynsv anizotropiâmehaničeskihsvojstvdendritnojstrukturynepreryvnolitojkislorodosoderžaŝejmedi AT sulicinav anizotropiâmehaničeskihsvojstvdendritnojstrukturynepreryvnolitojkislorodosoderžaŝejmedi AT gruzdevaia anizotropiâmehaničeskihsvojstvdendritnojstrukturynepreryvnolitojkislorodosoderžaŝejmedi
first_indexed	2025-07-08T07:02:11Z
last_indexed	2025-07-08T07:02:11Z
_version_	1837061252096983040
fulltext	50 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 3 Новые литые материалы эксплуатационной долговечности (по износостойкости) железнодорожных колес, изготавливаемых по технологии литья в стандартные, наиболее распространенные и дешевые песчано-глинистые формы. 1. Создание математической модели формирования свойств литых низко- и среднелегированных конструкционных сталей методами легирования, модифицирования и термической обработки: Отчет о НИР (заключительный) НАН Украины Институт проблем литья. – ОЦО 102 ТЭ; № ГР 800571; Инв. № В 119692. - Киев, 1981. - 224 с. 2. Крагельский И. В. Трение и износ. - М.: Машиностроение, 1968. - 480 с. 3. Любарский И. В., Палатник Л. С. Металлофизика трения. - М.: Металлургия, 1976. - 176 с. Поступила 22.01.2009 УДК 621.74.047 Ю. Н. Логинов, Р. К. Мысик, С. Л. Смирнов, С. В. Брусницын, А. В. Сулицин, И. А. Груздева Уральский государственный технический университет – УПИ, Екатеринбург АНИЗОТРОПИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩЕЙ МЕДИ Изучена структура литой заготовки прямоугольного сечения, полученной на установке непре- рывного литья типа HAZELETT и предназначенной для последующей деформации на стане горячей сортовой прокатки. Произведено пошаговое измерение твердости по Бриннелю на темплетах поперечного сечения литой заготовки, продольного вертикального и продольного горизонтального сечений. На основании отклонений формы отпечатков от правильной окруж- ности сделан вывод об анизотропии свойств меди, полученной способом непрерывного литья. Построены координатные зависимости, характеризующие анизотропию литого металла. На основании анализа модели упруго-пластической среды сделано заключение о наличии связи между некруглой формой отпечатков, расположением дендритов, а также текстурой литого металла. Выводы подтверждены статистической обработкой. Вивчена структура литої заготівки прямокутного перерізу, яка отримана на установці без- перервного лиття типу HAZELETT і призначена для наступної деформації на стані гарячої сортової прокатки. Вироблено покроковий вимір твердості по Бріннелю на темплетах попереч- ного перерізу литої заготівки, поздовжнього вертикального і продольного горизонтального перерізу. На основі відхилень форми відбитків від правильного кола було зроблено висновок про анізотропію властивостей міді, отриманої способом безперервного лиття. Побудовані координатні залежності, які характеризують анізтропію литого металу. На основі аналізу моделі пружно-пластичного середовища було зроблено висновок про наявність зв’язку між некруглою формою відбитків, розміщенням дендритів, а також текстурою литого металу. Висновки підтверждені статистичною обробкою. Structure of cast rectangular cross section poured on Hazelett continuous casting machine and meant for subsequent deformation on hot-rolling profilled mill is studied. Step by step Brinnel hardness test on cross-section, longitudinal vertical and horizontal section templet is taken. Conclusion about copper properties anisotropy poured on continuous casting method is drawn ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. №3 51 Новые литые материалы under dent out-of-roundess. coordinate relation characterized cast metal anisotropy is drawn. Dependence between dent out-of-roundess and dendrite placement and cast structure is established under simulation analysis of plasto-elastic medium. summary is confirmed by means of statistical trearment. Ключевые слова: непрерывное литье, горячая сортовая прокатка, твердость по Бринне- лю, гистограмма, координатные зависимости, дендриты, текстура литого металла. Актуальность проблемы. Кислородосодержащая медь является одним из основных электротехнических материалов, используемых в машиностроении, строительстве, электронике и т. д. За последние десятилетия коренным образом изменилась технология производства таких материалов. На смену самостоятельным процессам получения вайербарсов и их обработки давлением пришли совмещенные схемы литья и деформа- ции. Объектом данного исследования является литая заготовка прямоугольного сечения, полученная на установке непрерывного литья типа HAZELETT [1] и предназначенная для последующей деформации на стане горячей сортовой прокатки с целью получения катанки (по технологии CONTIROD) и волочения ее в готовую проволоку. По данным американской фирмы HAZELETT STRIP CASTING CORPORATION около 30 % медной катанки в мире производится по данной технологии. Производство литых заготовок из кислородосодержащей электротехнической меди обходится дешевле, чем заготовок из бескислородной меди, но при этом приходится решать некоторые технологические проблемы. Одной из проблем, возникающих при про- изводстве литой заготовки из технически чистой кислородосодержащей меди, является крупнозернистое строение металла, которое способствует выделению кислорода в виде закиси меди по границам зерен и неоднородному распределению механических харак- теристик в готовой продукции [2, 3]. Интенсивный отвод тепла в условиях непрерывной разливки вызывает направленный рост кристаллов с образованием ярко выраженного дендритного строения. Это приводит к анизотропии свойств литой заготовки [4] и необ- ходимости учета этого обстоятельства при назначении калибровки валков, по крайней мере, в первых проходах прокатки. Таким образом, изучение дендритного строения литой заготовки является актуальной задачей. Проведение эксперимента. Литые заготовки достаточно крупных размеров, как правило, обладают неравномерностью распределения механических свойств. Поэтому одним из вопросов, возникающих при изучении анизотропии свойств металла, является необходи- мость рассмотрения анизотропии свойств и неравномерности их распределения. С этой целью определялась твердость по Бринеллю с использованием стального шарика диаме- тром 10 мм при нагрузке 10 кН. Выбор метода испытания обусловлен желанием усреднения результатов измерений: индентор в виде шарика большого диаметра перекрывает сразу несколько зерен металла. Для исследования отбирали поперечный темплет непрерывнолитой заготовки, его поверхность подвергали шлифованию и проводили испытание твердости по Бринеллю. Ранее в работе [4] было установлено, что отпечатки сферического индентора в литой текстурованной меди получаются некруглыми. На рис. 1, а приведен вид такого отпечат- ка, выполненного в плоскости, параллельной длине дендрита. На рисунке видны зоны различной тональности, которые относятся к различным дендритам, а также показано, что несимметричность отпечатка оказывается довольно большой. Поэтому для описания такого отпечатка применили понятие размера а i (i=1,2-4), определенного в четырех на- правлениях, два из которых диагональные (рис. 1, б). В обычной практике измерения твердости размеры a i усредняются, но в данной ра- боте они являются характеристиками анизотропии свойств меди, порядок их усреднения будет описан ниже. На рис. 2, а представлена макроструктура литой заготовки с поперечным сечением 120х70 мм, являющимся стандартным в технологии CONTIROD. На рис. 2, б показаны направление роста дендритов в заготовке и расположение отпечатков. Для обработки результатов использовали трехиндексную нумерацию размеров a ijk , где i =1, 2-4 – ранее 52 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 3 Новые литые материалы введенная индексация для одного отпечатка, j = 1, 2-6 – номер отпечатка в горизонтальном ряду и k = 1, 2, 3 – номер отпечатка в вертикальном ряду. Наряду с этим для возможнос- ти построения графиков ввели систему координат, в которой положение отпечатка x по горизонтальной оси и по вертикальной оси z отсчитывается от центра заготовки. Ввели безразмерные координаты x/(B/2) и z/(H/2). При этом считали, что левая и правая части темплета имеют симметричное распределение структуры и механических характеристик относительно центра заготовки. Это позволило усреднить значения твердости при совпа- а б Рис. 1. Форма отпечатка сферического индентора при измерении твердости (а) литой меди и нумерация размеров этого отпечатка (б) а б Рис. 2. Фото поперечного темплета литой заготовки (а), направления роста дендритов (стрелки), точки измерения твердости (круглые отпечатки) в системе координат (б) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. №3 53 Новые литые материалы дении координат слева и справа от центра заготовки, что увеличивало объем выборки и надежность статистических расчетов вдвое, а при усреднении по высоте темплета – в четыре раза. Из рис. 2 видно, что в этом случае измеряются отпечатки, оставленные ин- дентором на поверхности, нормаль которой направлена ортогонально осям дендритов. В табл. 1 представлены результаты измерений для двух вариантов заготовок, отлитых при скорости 9 (заготовка 1) и 7 м/мин (заготовка 2). Из данных таблицы видно, что дис- персии и стандартные отклонения достаточно однородны, что говорит об одинаковых условиях измерений. Рассчитанные средние значения твердостипо плоскости темплета оказались разными. Заготовка 1, отлитая при большей скорости литья, характеризуется меньшей (на три единицы) твердостью, чем заготовка, отлитая при малой скорости. Влияние скорости литья на твердость получаемой заготовки является предметом само- стоятельного исследования. На рис. 3 изображена гистограмма средних значений твердости в зависимости от индекса направления измерений i для заготовок, отлитых при разных скоростях литья. jk заготовка 1 заготовка 2 i 1 2 3 4 1 2 3 4 11 45 44 39 40 48 48 43 43 21 45 47 39 39 46 50 43 41 31 44 45 37 46 47 50 36 43 41 44 42 39 37 49 48 39 43 51 50 50 42 42 48 51 46 45 61 51 47 41 42 52 50 45 47 12 48 47 39 39 46 49 43 42 22 51 47 39 39 49 46 42 42 32 41 39 33 34 48 50 44 43 42 48 50 39 39 52 50 43 39 52 47 43 39 39 51 48 44 39 13 47 43 39 41 48 44 43 42 23 45 47 40 41 48 48 42 44 33 43 46 39 42 46 44 44 40 43 43 44 39 38 46 44 42 46 53 43 45 42 42 50 48 40 44 63 47 48 40 39 50 48 44 42 Среднее 46 45 39 40 48 48 42 42 Д и с п е р - сия 8,3 7,8 4,0 6,7 4,4 5,2 5,4 4,1 С т а н - д а р т н о е отклоне- ние 2,9 2,8 2,0 2,6 2,1 2,3 2,3 2,0 С р е д н е е по темп- лету 42,5 45,1 Таблица 1. Значения твердости с учетом анизотропии свойств для поперечных темплетов литой заготовки 54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 3 Новые литые материалы Как видно из гистограммы, при всех вариантах измерений твердость при большей скорости оказывается меньшей. Однако при этом общей тенденцией является меньшая твер- дость, определяемая вдоль направ- ления диагонали отпечатка, то есть в направлении, которое отличается от направления роста дендритов и ортогонального ему направления. Основная гипотеза, объясняющая это явление: наличие разницы в упругих константах дендрита, измеряемых в различных направлениях. Поскольку значения средней твердости оказались различными для двух случаев разлив- ки металла, то для приведения их к общему виду приняли решение ввести безразмерный параметр kHBijk как отношение текущего значения твердости HBijk к среднеинтегральному значению HB ),HB 1 /(НВ 111 НВ ijk pnm ijkijk mnp k ∑∑∑= где m, n, p – количество измерений в соответствующем ряду. Статистический анализ, выполненный для заготовки 1, показал, что минимальное значение kHBijk составляет 0,77, а максимальное -1,19, то есть отклонения от среднего зна- чения твердости могут составлять величину (–23…+19) % при стандартном отклонении на уровне 0,09 для всей совокупности значений (табл. 2). При этом часть такого рассева значений обусловлена неоднородностью распределения механических характеристик по поперечному сечению заготовки, а часть – анизотропией свойств. Разделение выборки на группы значений c индексами i=1, 2, 3, 4 привело к снижению стандартного отклонения до значений 0,07; 0,07; 0,05 и 0,06 соответственно. Таким об- разом, точность представления средних результатов улучшилась по отношению к общей выборке. Это говорит о том, что деление на группы является значимым фактором. Вместе с тем такое деление отражает уровень влияния на измерения именно анизотропии свойств, поскольку эти измерения выполнены в различных направлениях. Следует отметить, что при делении на группы уменьшилась примерно вдвое величина интервала выборки (0,21- 0,28 против 0,42). Это говорит о меньшем рассеве внутри каждой совокупности значений по сравнению с генеральной выборкой, то есть о значимости анизотропии. Измерение твердости по ширине заготовки, выполненное на ее продольном гори- зонтальном темплете, показало, что наблюдается различие ее значений, обусловленное Показатель Для всей выборки i 1 2 3 4 Среднее значение 1,00 1,07 1,06 0,92 0,94 Медиана 0,98 1,05 1,07 0,93 0,93 Стандартное отклонение 0,09 0,07 0,07 0,05 0,06 Дисперсия 0,0084 0,0045 0,0043 0,0022 0,0037 Интервал 0,42 0,23 0,26 0,21 0,28 Таблица 2. Статистические показатели параметра k HBijk по груп- пам выборки для поперечного сечения литой заготовки Рис. 3. Гистограмма твердости меди в зависимости от индекса направления измерения i и скорости литья 9 (горизонтальная штриховка) и 7 м/мин (вертикальная штриховка) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. №3 55 Новые литые материалы особенностями кристаллизации металла в этом направлении. Следует отметить, что различия в измерениях твердости имеются и по длине заготовки. Это можно объяснить только стахос- тическими причинами. На рис. 4 показан продольный темплет за- готовки, отлитой при скорости литья 9 м/мин. Из рисунка видно, что в данном случае в отличие от предыдущего варианта сечение представляет собой зоны с различной ориентировкой осей дендритов: сверху и снизу оси дендритов лежат в плоскости темплета, а в средней части они ортогональны его плоскости, поэтому их сечение выглядит как равноосное. На рис. 5 показан значения твердости, усредненные по результатам четырех измерений при одинаковых значени- ях координат x/(B/2). Необходимость именно такого порядка усреднения продиктована тем, что твердость меди, измеренная вдоль координаты x, разнится, поэтому сравнивать ее значения необходимо в сопоставимых условиях. Из графика видно, что по мере удаления точек от периферии литой заготовки к центру сохраняется разли- чие между совокупностью измерений в направлениях 1, 2 и 3, 4. При этом вдоль направления диагонали отпе- чатка значения твердости ниже. Однако при переходе к координате x/(B/2)=0,37 такой характер закономерности распределения твердости изменяется, значения твердости выравниваются, что объясняется попаданием отпечатков в зону расположения дендритов с осями, ортогональными к плоскости измерений. Усредненное в этом сечении значение твердости по всем измерениям составило величину 43,5, что мало отличается от усреднен- ного значения твердости, определенного на поперечном темплете. Для всей совокупности значений твердости стандартное отклонение параметра k HBijk составляет 0,08 (табл. 3), а по группам (i=1, 2, 3, 4) оно несколько меньше. Значительным оказался интервал вариаций параметра выборки, что, очевидно, можно объяснить различным положением дендритов в плоскости темплета. При отображении параметра k HBijk в функции координаты x/(B/2) оказывается, что в центре заготовки kHBijk примерно равен единице (рис. 6), что свиде- тельствует об изотропности твердости в этой плоскости. На периферии заготовки оси Показатель Для всей выборки i 1 2 3 4 Среднее значение 1,00 1,02 1,05 0,96 0,96 Медиана 0,99 1,02 1,04 0,96 0,98 Стандартное отклонение 0,08 0,06 0,07 0,07 0,07 Дисперсия 0,0059 0,0033 0,0052 0,0049 0,0054 Интервал 0,45 0,23 0,28 0,30 0,14 Таблица 3. Статистические показатели параметра kHBijk по группам выборки для продольного горизонтального сечения литой заготовки Рис. 4. Продольный горизонтальный темплет литой заготовки Рис. 5. Гистограмма твердости продольного горизонтального темплета в зависимости от индекса направления измерения i при значениях x/(B/2) = 0,88 (светлые столбцы), 0,63 (верти- кальная штриховка) и 0,37 (горизонтальная штриховка) 56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 3 Новые литые материалы дендритов лежат в плоскости темплета, поэтому показатель kHBijk резко меняет свои значения. Темплет литой заготовки, отлитой при скорости 9 м/мин, вырезанный из нее в вертикальном направлении, представлен на рис. 7, при этом по- верхность зафиксирована на рассто- янии от центра, равного x=0,25(B/2). Из рисунка видно, что в этом сече- нии зона дендритов, оси которых ориентированы ортогонально плос- кости темплета, не так велика, как в предыдущем случае. На рис. 8 представлены значе- ния твердости, усредненные по ре- зультатам четырех измерений при одинаковых значениях координат z/(H/2). Выявлены повышенные значения твердости вдоль высоты и длины заготовки (при i=1 и 2) и пониженные значения в диаго- нальном направлении (при i=3 и 4), что справедливо для дендритов, оси которых расположены в плоскости темплета z/(H/2)=0,86 и 0,50. При их расположении характер зависимости меняется ортогонально этой плоскости: твердость в диагональном направлении становится выше, чем вдоль высоты и длины заготовки. Усредненное в этом сечении значение твердости по всем измерениям составило величину 43,6, что мало отличается от усредненных значений твердости, определенных в двух предыдущих случаях. Статистический анализ результатов замеров, выполненный для этого темп- лета, показал, что минимальное значение k HBijk составляет 0,89 и относится к измерениям твердости по диагонали, а максимальное равно 1,14, то есть отклонения от среднего зна- чения твердости могут находиться в пределах -11…+14 %. Средние значения показателя k HBijk по группам индекса i (табл. 4) имеют меньшие Рис. 7. Продольный вертикальный темплет литой за- готовки Рис. 8. Гистограмма твердости продольного вертикального темплета в зависимости от индекса направления измерения i при значениях z/(H/2) = 0,86 (светлые столбцы), 0,50 (вер- тикальная штриховка) и 0,19 (горизонтальная штриховка) Показатель Для всей выборки i 1 2 3 4 Среднее значение 1,00 1,02 1,04 0,96 0,98 Медиана 1,00 1,02 1,05 0,95 0,97 Стандартное отклонение 0,06 0,05 0,06 0,05 0,04 Дисперсия 0,0034 0,0029 0,0037 0,0020 0,0019 Интервал 0,25 0,19 0,18 0,14 0,14 Таблица 4. Статистические показатели параметра kHBijk по группам выборки для продольного вертикального сечений литой заготовки Рис. 6. Зависимость параметра kHBijk от координаты x/(B/2) при различных значениях индекса i (числа в таблице) ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. №3 57 Новые литые материалы отклонения от среднего значения по всей выборке, чем такие же показатели для попере- чного темплета. Это можно объяснить тем, что для поперечного темплета существенно влияние на изучаемый параметр положения точки, размещаемой в двух координатах (z и x), а для продольного вертикального темплета в случае стационарности процесса литья - на изучаемый параметр положения точки только относительно высоты заготовки. Таким образом, общим для всех вариантов измерений при расположении дендрита в плоскости темплета является установление закономерности, в соответствии с которой твердость, измеренная для дендрита в диагональном направлении, оказывается величи- ной минимальной. Анализ полученных результатов. Как известно, для металлов с кубической решеткой направлением наиболее быстрого роста кристалла является сторона куба <100> [5]. В этом же направлении для меди наблюдается наименьшее значение нормального модуля упругости 78 против 126 ГПа для направления <110> и 159 ГПа для направления <111>[6]. Если допустить, что направленность роста дендритов меди соответствует направленности роста монокристалла меди, то в направлении длины дендрита должны наблюдаться ма- лая жесткость и наибольшие упругие свойства, характеризуемые наименьшим модулем упругости. При испытаниях на твердость по Бриннелю оценивается уро- вень пластических деформаций по размеру отпечатка сферического индентора. При этом оказывается, что отпечаток сферического инден- тора имеет некруглую форму. Это можно объяснить различным уров- нем упругой деформации, которая происходит при снятии нагрузки с индентора. Сказанное поясняется рис. 9, где представлено схематичное изображение графика зависимости «механическое напряжение σ – сте- пень деформации ε» для идеальной упруго-пластической среды, харак- теризующейся двумя различными нормальными модулями упругости в кристаллографических направле- ниях <100> и <111>, что показано различными углами наклона графиков в упругой зоне arc tg (E<100>) и arc tg (E<111>). Здесь учтено, что в направлении <100> угол наклона меньше, чем в направлении <111>, то есть в первом направлении медь проявляет повышенные упругие свойства. На наклонной части графиков 0A и 0B материал проявляет упругие свойства, а на горизонтальных участках AB и BD – свойство идеальной пластичности. Путь нагружения и разгрузки для направле- ния <100> при измерении твердости описан ломаной линией 0BDF, а для направления <111> - 0ADC. Как известно из теории упругости, общая степень деформации материала ε является суммой упругой компоненты εу и пластической (остаточной) компоненты εп, соответственно, для двух направлений ;100 у 100 п 100 ><><>< ε+ε=ε .111 у 111 п 111 ><><>< ε+ε=ε Из графиков видно, что при одинаковых значениях общей степени деформации распре- деление компонент оказывается разным: для материала с меньшим значением E упругая Рис. 9. Диаграмма нагрузки и разгрузки образца в упругой и пластической области (пояснения в тексте) 58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2009. № 3 Новые литые материалы компонента степени деформации εу <100> оказывается большей, чем компонента εу <111> . Поскольку в направлении <100>, то есть в направлении кристаллизации и роста дендритов, модуль упругости для меди минимальный, то при разгрузке индентора раз- мер отпечатка должен оказаться меньше именно в этом направлении и больше во всех других. Значения твердости обратно пропорциональны размерам отпечатка, поэтому твердость должна быть больше в направлении кристаллизации дендрита, что и обнаружено проведенными опытами. При дальнейшей обработке металла унаследованная от литья текстура должна видоизменяться благодаря процессам динамической и статической ре- кристаллизации, а также нагартовки металла [7]. В случае получения из литой заготовки проволоки без процесса горячей деформации наличие текстуры мешает процессу запо- лнения профильных волок, на что обращается внимание в работе [8]. При использовании процесса горячей сортовой прокатки для изготовления из непрерывнолитой заготовки катанки неравномерность протекания процесса динамической рекристаллизации при- водит к неоднородному распределению твердости по сечению готового продукта [9]. Полученные в данной работе результаты подтверждают ранее установленный факт получения несимметричных отпечатков при измерении твердости поперечного сечения медной непрерывнолитой заготовки [4]. В предыдущей работе исследовалась анизотро- пия распределения твердости по наружному контуру заготовки, что не позволило создать общую картину распределения этого параметра. Благодаря изготовлению и испытанию темплетов, вырезанных из заготовки в различных направлениях, в этой работе удалось выявить более общие закономерности и найти объяснение наблюдаемым явлениям. Выводы •Подтвержден факт анизотропии дендритной структуры непрерывнолитой медной заготовки. •Установлено, что твердость, измеренная для дендрита меди в диагональном направ- лении, оказывается величиной минимальной. •Проявления анизотропии в непрерывнолитой заготовке обоснованы различием упругих констант меди, что проявляется в испытаниях на твердость. 1. Пат. 4155396 США, IPC B22D11/06; B22D11/06. Method and apparatus for continuously casting copper bar product / DOMPAS JOHN, HAZELETT ROBERT. - Опубл. 22.05.1979. 2. Pops H. The metallurgy of copper wire // Tecnologie del Filo. - 2003. - No 4. - P. 70-74. 3. Aoyama S, Ichikawa T, Watabe M. Suppression of micro cracking during hot rolling due to refinement of crystal grains in tough pitch copper // Journal of the Japan Copper and Brass Research Association. - 2001. - Vol. 40. - P. 183-188. 4. Логинов Ю. Н., Мысик Р. К., Романов В. А. Анизотропные характеристики непрерывнолитой кисло- родосодержащей меди // Литейщик России. - 2008. - № 3. - С. 25-27. 5. Бородкина М. М., Спектор Э. Н. Рентгенографический анализ текстуры металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1981. - 272 с. 6. Осинцев О. Е. Федоров В. Н. Медь и медные сплавы. - М.: Машиностроение, 2004. - 336 c. 7. Логинов Ю. Н., Котов В. В. Проявления текстуры в полуфабрикатах из меди //Особенности обработки и применения изделий из тяжелых цветных металлов: Тез. докл. - Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - С. 368-378. 8. Логинов Ю. Н., Мальцева Л. А., Вырлина Л. М., Копылова Т. П. Проблемы применения медной катанки в кабельной промышленности // Кабели и провода. - 2001. - № 2 (267). - С.14-16. 9. Берент В. Я. Свойства медной катанки при изготовлении ее методом непрерывного литья и про- катки // Цв. металлы. - 1977. - № 8. - С. 56-58. Поступила 12.09.2008

Анизотропия механических свойств дендритной структуры непрерывнолитой кислородосодержащей меди

Institution

Ähnliche Einträge