N. B. Pugacheva , Yu. V. Khudorozhkova, E. B. Trushina, A. V. Gerasimova, N. P. Antenorova
REASONS FOR CRACKING OF DIE-FORGED CuZn34Mn3Al2FeNi BRASS BLANKS
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.061-080 The structural state of annular work pieces made of brass CuZn34Mn3Al2FeNi after hot forming at temperatures of 700 and 780 °C is studied. Electron microprobe analysis of the material of rings shows the absence of any harmful impurities, low melting eutectics, silicides and non-metallic inclusions on the bʹ-grain interfaces. Irregularity of the dynamic recrystallization process in the cross section of the rings has been revealed; namely, there are two zones differing in the amount of deformation. One area with minimal deformation and excessively large grain, the second – with the maximum deformation and small grain resulting from dynamic recrystallization. Determined that heating for stamping to 780 Cresults togrowth of βʹ-grains up to 0.3 mmin the area with minimal deformation, the grains boundaries are reinforced (on the borders – 300 HV 0.2, and in the center of the grain – 170 HV 0.2), which facilitates the emergence and rapid growth of cracks under the action of internal residual stresses formed during cooling of blanks. Lowering the temperature of heating for forging to 700 C reduces the size of the maximum βʹ-grains up to 0.15 mm, thus not detected hardening of their borders that helps to preserve the integrity of the rings after cooling.
Keywords: brass, deformation, microstructure, fracture, crack, dynamic recrystallization, residual stresses, hardness References:
- Suchkov D.I. Med i Ee Splavy [Copper and its Alloys]. M., Metallurgy Publ., 1967, 248 p. (In Russian).
- Turkin V.D. Rumyantsev M.V. Struktura i Svoistva Tsvetnykh Metallov i Splavov [Structure and Properties of Nonferrous Metals and Alloys]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1944, 440 p. (In Russian).
- Efremov B.N. Latuni. Ot Fazovogo Stroeniya k Structure i Svoistvam [Brasses. From Phase Texture to the Structure and Properties: monograph]. Moscow, INFRA–M Publ., 2014, 312 p. (In Russian).
- Elagin V.A., Kolachev A.V., Livanov V.A. Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Tsvetnykh Metallov i Splavov [Metal Science and Heat Treatment of Nonferrous Metals and Alloys]. Moscow, MISIS Publ., 2005, 432 p. (In Russian).
- Krasnenkov V.I., Egorkin V.V. Sinkhronizatory v Stupenchatykh Transmissiyakh [Synchronizers in Stepped Transmission]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1967, 195 p. (In Russian).
- Pugacheva N.B. Struktura i Svoistva Deformiruemykh Legirovannykh Latuney [Structure and Properties of Deformed Alloy Brasses]. Ekateriburg, UrORAN Publ., 2012, 172 p. (In Russian).
- Tropotov A.V. Pugacheva N.B., Ryazantsev Yu.V., Zhukova L.M. A study of residual stresses in products made of hard alloy of brass. Metal Science and Heat Treatment, 2006, vol. 47, nos. 1–2, pp. 31–35. DOI: 10.1007/s11041-006-0039-5
- Kopyl M.D., Kropotov A.V., Kotlyarov I.V. Improving brass alloys for synchronizer rings. Avtomobilnaya Promyshlennost, 1999, no. 10, pp. 26–29. (In Russian).
- Smirnov S.V., Pugacheva N.B., Soloshenko A.N., Tropotov A.V. Plastic deformation of a high-alloy brass. Physics of Metals and Metallography, 2002, vol. 93, no. 6, pp. 584–593.
- Cai W., Liu H.F., Hu Z.Q. Effect of Ni on structure and characteristics of Cu-Zn Brass to 22.7 As-cast. Advanced Materials Research, 2012, vol. 581–582, no. 1, pp. 556–560.
- RD 50-672-88: Calculations and strength tests, classification of fractures of metals: methodical instructions, Moscow, Izd-vo Standartov Publ., 1989, 21 p.
- Shimov G.V., Kovin D.S. Residual stresses in copper and brass tubes after drawing. Izvestiya VUZov: tsvetnaya metallurgiya, 2015, special issue, pp. 46–49. (In Russian).
- Pugacheva N.B., Trushina E.B., Antenorova N.P., Ovchinnikov A.S., Lebed A.V. Studying the nature and reasons for the fracture of extruded 58Cu–34Zn–3Mn–2Al alloy billets. Voprosy Materialovedeniya, 2014, no. 1 (77), pp. 56–64. (In Russian).
- Gorelik S.S. Dobatkin S.V., Kaputkina L.M. Rekristallizatsiya Metallov i Splavov [Recrystallization of Metals and Alloys]. Moscow, Izd-vo MISIS Publ., 2005, 432 p. (In Russian).
- Grachev S.V., Baraz V.R., Bogatov V.P., Shveykin V.P. Fizicheskoe Materialovedenie [Physical Materials Science: Textbook for High Schools, 2nd ed., S.V. Grachev, ed.]. Ekaterinburg, Izd-vo UPI Publ., 2009, 548 p.]. (In Russian).
- Tropotov A.V., Smirnov S.V., Kuznetsov V.Yu. Predicting the reliability of the forming of a "blocking synchronizer ring" part for cars. Metalloobrabotka, 2004, no. 3 (21), pp. 19–21. (In Russian).
- Schwartz A.J. Kumar V., Adams B.L., Field D.P. Electron Backscatter Diffraction in Materials Science, Springer, Boston, MA, 2000, 395 p. DOI: 10.1007/978-0-387-88136-2
- Varyukhin V.N., Pashinskaya E.G., Savdoveev A.V., Burkhovetsky V.V. Vozmozhnosti Metoda Difraktsii Obratnorasseyannykh Elektronov dlya Analiza Struktury Deformirovannykh Materialov [Applicability of the Electron Backscatter Diffraction Method to the Analysis of the Structure of Deformed Materials]. Kiev, Naukova Dumka, 2014, 102 p. (In Russian).
Н. Б. Пугачева, Ю. В. Худорожкова, Е. Б. Трушина, А. В. Герасимова, Н. П. Антенорова
ПРИЧИНЫ РАСТРЕСКИВАНИЯ ШТАМПОВАННЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ЛАТУНИ ЛМцАЖН
Исследовано структурное состояние кольцевых заготовок из латуни ЛМцАЖН после горячей штамповки при температурах 700 и 780 °С. Микрорентгеноспектральный анализ материала колец показал отсутствие по границам b¢-зерен каких-либо вредных примесей, легкоплавких эвтектик, силицидов и неметаллических включений. Установлена неравномерность протекания динамической рекристаллизации по сечению колец: выделено две зоны, отличающиеся степенью деформации. Одна зона с минимальной деформацией и чрезмерно крупным зерном, вторая – с максимальной деформацией и мелким зерном, образовавшимся в результате динамической рекристаллизации. Определено, что при нагреве под штамповку до 780 °С в зоне с минимальной деформацией происходит рост b-зерен до 0,3 мм, границы которых упрочнены (по границам – 300 HV 0,2, в центре зерна – 170 HV 0,2), что облегчает появление и быстрый рост трещин под действием внутренних остаточных напряжений, формирующихся при охлаждении заготовок. Снижение температуры нагрева под штамповку до 700 °С приводит к уменьшению размера максимального b¢-зерна до 0,15 мм, при этом не обнаружено упрочнения границ, что способствует сохранению целостности колец при охлаждении.
Благодарность: Работа выполнена при частичной поддержке проекта № 15-10-1-22 Фундаменталь-ных научных исследований Уральского отделения РАН Ключевые слова: латунь, деформация, микроструктура, трещина, излом, динамическая рекристаллизация, остаточные напряжения, твердость Библиография:
- Сучков Д. И. Медь и ее сплавы. – М. : Металлургия, 1967. – 248 с.
- Туркин В. Д., Румянцев М. В. Структура и свойства цветных металлов и сплавов. – M. : Металлургиздат, 1944. – 440 с.
- Ефремов Б. Н. Латуни. От фазового строения к структуре и свойствам : монография. – Москва : ИНФРА–М, 2014. – 312 с.
- Елагин В. И., Колачев А. В., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: монография. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : МИCИС, 2005. – 432 с.
- Красненьков В. И. Егоркин В. В. Синхронизаторы в ступенчатых трансмиссиях. – М. : Машиностроение, 1967. – 195 с.
- Пугачева Н. Б. Структура и свойства деформируемых легированных латуней. – Екатеринбург : УрО РАН, 2012.
- Tropotov A. V., Pugacheva N. B., Ryazantsev Yu. V., Zhukova L. M. A study of residual stresses in products made of hard alloy of brass // Metal Science and Heat Treatment. – 2006. – Vol. 47, nos. 1–2. – P. 31–35. – DOI: 10.1007/s11041-006-0039-5
- Латунные сплавы для колец синхронизаторов совершенствуются / М. Д. Копыл, А. В. Тропотов, И. В. Котляров // Автомобильная промышленность. – 1999. – № 10. – С. 26–29.
- Plastic deformation of a high-alloy brass / S. V. Smirnov, N. B. Pugacheva, A. N. Soloshenko, A. V. Tropotov // Physics of Metals and Metallography. – 2002. – Vol. 93, no. 6. – P. 584–593.
- Cai W., Liu H. F., Hu Q. Effect of Ni on characteristics and stracture of Cu-22,7Zn Brass As-cast // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 581–582, no. 1. – P. 556–560.
- РД 50-672-88. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов. Методические указания. – М. : Издательство стандартов, 1989. – 21 с.
- Шимов Г. В., Ковин Д. С. Остаточные напряжения в медных и латунных трубах после волочения // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. – 2015. – Спецвыпуск. – С. 46–49. – DOI: 10.17073/0021-3438-2015-1s-46-49
- Исследование характера и причин разрушения заготовок из сплава 58Cu–34Zn–3Mn–2Al после горячей штамповки / Н. Б. Пугачева, Е. Б. Трушина, Н. П. Антенорова, А. С. Овчинников, А. В. Лебедь // Вопросы материаловедения. – 2014. – № 1 (77). – С. 56–64.
- Горелик С. С., Добаткин С. В., Капуткина Л. М. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М. : Изд-во МИСИС. – 2005. – 432 с.
- Физическое материаловедение : учебник для вузов / С. В. Грачев, В. Р. Бараз, В. П. Богатов, В. П. Швейкин – 2-е изд., перераб. и доп. – Екатеринбург : Изд-во УГТУ–УПИ, 2009. – 548 с.
- Тропотов А. В., Смирнов С. В., Кузнецов В. Ю. Прогнозирование надежности процесса штамповки детали «кольцо блокирующее синхронизатора» для легковых автомобилей // Металлообработка. – 2004. – № 3 (21). – С. 19–21.
- Electron Backscatter Diffraction in Materials Science / . J. Schwartz, V. Kumar, B. L. Adams, D. P. Field. – Boston : Springer, 2000. – 395 p. – DOI 10.1007/978-0-387-88136-2
- Возможности метода дифракции обратнорассеянных электронов для анализа структуры деформированных материалов / В. Н. Варюхин, Е. Г. Пашинская, А. В. Завдовеев, В. В. Бурховецкий. – Киев : Наукова думка, 2014. – 102 с.
|
