ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия

Ю. Н. Логинов, профессор кафедры обработки металлов давлением (ОМД), эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru
Е. Г. Полищук, доцент
Ю. В. Тугбаев, аспирант кафедры ОМД

Изложен подход к анализу процесса прессования металлов, имеющих гексагональную плотноупакованную
решетку, на примере циркония. Отмечено, что в процессах деформации может возникать предпочтительная ориентировка кристаллов, которая приводит к отсутствию равенства свойств во всех направлениях. При прессовании формирование анизотропии происходит под действием напряжений, в результате которых возникают пластические деформации. Целью работы является определение компонент тензора деформаций при прессовании для прогноза формирования анизотропии свойств циркония и подобных материалов в процессе прессования. Отмечено, что наличие деформации сжатия в радиальном направлении при прессовании приводит к формированию радиальной текстуры и увеличению параметра Кернса в радиальном направлении. В операциях формоизменения труб для оценки величины деформации в радиальном и тангенциальном направлениях применяют обобщенные показатели. Для управления параметрами Кернса необходимо изменять соотношения между логарифмическими показателями деформации при прессовании. Рассмотрена схема очага деформации при прессовании трубы. Пластическая зона расположена между двумя жесткими зонами в сферической системе координат. Описано поле скоростей деформации в виде соответствующих формул. Отмечено, что в соответствии с решением компоненты тензора скорости деформации являются функциями координат. Их интегрирование приводит к получению компонент тензора деформации, которые тоже являются функциями координат, что не позволяет описать деформированное состояние с помощью констант. Методом конечных элементов (МКЭ) получены решение задачи прессования и распределение интенсивности скоростей деформации сдвига как инвариантной величины, а также компонент тензора скоростей деформации в цилиндрической системе координат. Выявлено, что полученные МКЭ значения компонент деформаций значительно отличаются от гипотетических значений, определенных по геометрическим параметрам очага деформации. Установлено, что ранее сделанные предположения в области распределения деформаций, влияющего на формирование текстуры в циркониевых и подобных сплавах, с использованием параметров Кернса нуждаются в уточнениях. При прессовании полых заготовок необходимо учитывать специфику пластического течения металла, а не только соотношения геометрических параметров заготовки и готового изделия. Для приближения картины деформированного состояния к реальной следует применять расчетные методы, позволяющие осуществлять оценку компонент тензора деформации.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке постановления № 211 Правительства Российской Федерации, контракт № 02.A03.21.0006.

1. Holt R. A., Aldridge S. A. Effect of extrusion variables on crystallographic texture of Zr – 2.5 wt% Nb // Journal of Nuclear Materials. 1985. Vol. 135, Iss. 2-3. P. 246–259.
2. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Фесенко В. А., Соловьев В. Н., Сергачева М. И. Влияние технологических параметров изготовления оболочечных труб на их кристаллографическую текстуру // Цветные металлы. 2014. № 12. С. 62–67.
3. Källström K. Texture and anisotropy of zirconium in relation to plastic deformation // Canadian Metallurgical Quarterly. 1972. Vol. 11, Iss. 1. P. 185–198.
4. Betsofen S. Ya., Ilyin A. A., Plikhunov V. V., Plotnikov A. D., Filatov A. A. Texture and anisotropy in the mechanical properties of titanium alloys caused by the mechanism of plastic deformation // Russian Metallurgy (Metally). 2007. Vol. 2007, Iss. 5. P. 387–393.
5. Chen G., Zhang X., Xu D. K., Li D. H., Chen X., Zhang Z. Multiaxial ratcheting behavior of zirconium alloy tubes under combined cyclic axial load and internal pressure // Journal of Nuclear Materials. 2017. Vol. 489. P. 99–108.
6. Syed A., Samal M. K., Bhasin V. Identification of constitutive parameters for high temperature deformation of pressure tube of Indian PHWR considering multi-axial state of stress // Nuclear Engineering and Design. 2018. Vol. 327. P. 286–298.
7. Perlovich Y. A., Isaenkova M. G., Krymskaya O. A., Fesenko V. A., Babich Y. A. Optimization of the procedure for determining integral texture parameters of products from zirconium-based alloys using the orientation distribution function // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 130, Iss. 1. P. 01205610. DOI: 10.1088/1757-899X/130/1/012056
8. Van Swam L. F. P., Knorr D. B., Pelloux R. M., Shewbrid ge J. F. Relationship between contractile strain ratio R and texture in zirconium alloy tubing // Metallurgical Transactions A. 1979. Vol. 10, Iss. 4. P. 483–487.
9. Plunkett B., Lebensohn R. A., Cazacu O., Barlat F. Anisotropic yield function of hexagonal materials taking into account texture development and anisotropic hardening // Acta Materialia. 2006. Vol. 54, Iss. 16. P. 4159–4169.
10. Кабанов А. А., Соловьев В. Н., Ожмегов К. В., Сергачева М. И., Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А. Влияние деформационно-термических параметров пластической обработки на формирование текстуры труб из сплава циркония Zr – 2,5 % Nb при горячем прессовании // Машиностроение и инженерное образование. 2017. № 4 (53). С. 27–33.
11. Wu X., Kalidindi S. R., Necker C., Salem A. A. Prediction of crystallographic texture evolution and anisotropic stress–strain curves during large plastic strains in high purity a-titanium using a Taylor-type crystal plasticity model // Acta Materialia. 2007. Vol. 55, Iss. 2. P. 423–432.
12. Gruber J. A., Brown S. A., Lucadamo G. A. Generalized Kearns texture factors and orientation texture measurement // Journal of Nuclear Materials. 2011. Vol. 408, Iss. 2. P. 176–182.
13. Kalpana Nayak I., Ramana Rao S. V., Kapoor K. Modified approach for quantitative texture evaluation in case of transverse textured zirconium alloy tubes // Journal of Testing and Evaluation. 2015. Vol. 43, Iss. 1. P. 31–40.
14. Логинов Ю. Н., Шешукова Ю. А., Хакимова О. А. Механические свойства сложнолегированной латуни CuZn30Al2Mn3SiNiCr в горячепрессованном состоянии // Цветные металлы. 2017. № 8. С. 83–88.
15. Loginov Y. N., Solovei V. D., Kotov V. V. Transformation of the yielding condition during the deformation of HCP metallic materials // Russian Metallurgy (Metally). 2010. Vol. 3. P. 235–240.
16. Kumar G., Lodh A., Singh J., Singh R., Srivastava D., Dey G. K., Samajdar I. Experimental characterization and finite element modeling of through thickness deformation gradient in a cold rolled zirconium sheet // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2017. Vol. 19. P. 176–190.
17. Пат. US4765174 США. Texture enhancement of metallic tubing material having a hexagonal close-packed crystal structure / Cook Charles S., Sabol George P. Заявитель Westinghouse Electric Corporation. МПК B 21 B 21/00, B 21 C 37/06, B 21 C 37/30 ; опубл. 1988–08–23. Приоритет 20.02.1987.
18. Пат. US4990305 США. Single peak radial texture zircaloy tubing. Foster John P., Cook Charles S., Sabol George P. Заявитель Westinghouse Electric Corp ; заявка US19890372483 от 28.06.1989. МПК B 21 B 21/00; B 21 D 39/08; C 22 C 16/00; C 22 F1/00; C 22 F 1/18; G 21 C3/06; G 21 C3/07; опубл. 05.02.1991.
19. Степанский Л. Г. Расчеты процессов деформации обработки металлов давлением. — М. : Машиностроение, 1979. — 215 с.