Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия:
Г. В. Шимов, научный сотрудник, канд. техн. наук
Н. И. Бушуева, магистрант

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Россия¹ ; Институт физики металлов им. М. Н. Михеева Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия²:

Ю. Н. Логинов, профессор кафедры обработки металлов давлением¹, ведущий научный сотрудник², докт. техн. наук, эл. почта: j.n.loginov@urfu.ru

Целью работы является математическое моделирование процесса безоправочного волочения труб из аустенитной стали для установления влияния толщины стенки трубы на напряженно-деформированное состояние материала и для прогнозирования развития мартенситного превращения. Моделирование процесса волочения выполнено методом конечных элементов с помощью программного комплекса DEFORM-2D для тонкостенных и толстостенных труб. Определено формоизменение и распределение деформаций, интенсивности деформаций, среднего нормального напряжения для семи вариантов труб с различным соотношением толщины стенки и диаметра. Приведены картины распределения для двух крайних вариантов. Показано различие в напряженном состоянии при волочении тонкостенных и толстостенных труб. Приведено изменение среднего нормального напряжения во времени t прохождения частицы через очаг деформации для наружной и внутренней поверхностей для тонкостенной и особотолстостенной трубы. В обоих случаях на входе в очаг деформации превалируют напряжения сжатия до –400 МПа со стороны полости и напряжения растяжения для наружной поверхности до +200 МПа. Внутри очага деформации для тонкостенной трубы характерно наличие примерно равных друг другу напряжений сжатия как на наружной поверхности, так и на внутренней. Однако для толстостенной трубы напряжения близки к нулю снаружи и доходят до –600 МПа внутри трубы. Численное моделирование очага деформации при безоправочном волочении труб из аустенитной стали показало, что существуют различия в напряженно-деформированном состоянии в случае обработки тонкостенных и толстостенных труб. Выполненные расчеты и сопоставление с литературными данными по влиянию напряженного состояния на процесс холодного мартенситного превращения позволили сделать прогноз развития этого превращения в процессе волочения. Выявлено, что при волочении тонкостенных труб создаются более благоприятные условия для развития фазового перехода.

Работа выполнена при частичной финансовой под держке постановления № 211 Правительства Российской Федерации, контракт № 02.A03.21.

1. Palengat M., Chagnon G., Favier D., Louche H., Linardon C. et al. Cold drawing of 316L stainless steel thin-walled tubes: Experiments and finite element analysis // International Journal of Mechanical Sciences. 2013. Vol. 70. P. 69–78.
2. Chuiko P. I., Kolesnikov V. N., Savin G. A. Cold drawing of stainless steel tubes on a short mandrel // Metallurgist. 1972. Vol. 16. P. 202–204.
3. Schrek A., Brusilová A., Švec P., Gábrišová Z., Moravec J. Analysis of the drawing process of small-sized seam tubes // Metals. 2020. Vol. 10, Iss. 6. No. 709.
4. Chobaut N., Drezet J.-M., Mischler S., Nguyen V., De Marco B. et al. Miniaturized tube fixed plug drawing: Determination of the friction
coefficients and drawing limit of 316 LVM stainless steel // Journal of Materials Processing Technology. 2019. Vol. 263. P. 396–407.
5. Loginov Y. N., Demakov S. L., Illarionov A. G., Karabanalov M. S. Evolution of defects in the production of capillary copper tubes // Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 224. P. 80–88.
6. Loginov Y. N., Demakov S. L., Illarionov A. G., Shalaeva M. S. Specific features of tool wear in adaptable drawing of capillary pipes // Journal of Friction and Wear. 2014. Vol. 35, Iss. 4. P. 304–310.
7. Rumiński M., Łuksza J., Kusiak J., Paćko M. Analysis of the effect of die shape on the distribution of mechanical properties and strain field in the tube sinking process // Journal of Materials Processing Technology. 1998. Vol. 80-81. P. 683–689.
8. Lebedev A. A., Koval’chuk B. I., Kosarchuk V. V., Zaitseva L. V. Kinetics of martensitic transformation in the plastic deformation of chromium-nickel austenitic steels // Strength of Materials. 1985. Vol. 17. P. 1185–1191.
9. Xu Q.-H., Peng Z.-X., Li M.-Y., Li C.-Q., Liu J. Evolution of mechanical and magnetic properties and martensite transformation during cold drawing of 304H stainless steel // Journal of Plasticity Engineering. 2020. Vol. 27(7). P. 130–138.
10. Sunil S., Kapoor R. Effect of Strain Rate on the Formation of Strain-Induced Martensite in AISI 304L Stainless Steel // Metallurgical and Materials Transactions A: 2020. Vol. 51. P. 5667–5676.
11. Maltseva L. A., Loginov Y. N., Maltseva T. V., Sharapova V. A. Effect of the state of stress on the strain-induced martensite formation in 03KH14N11K5M2YUT steel // Russian Metallurgy (Metally). 2013. Vol. 2013. No. 9. P. 706–711.

12. Sohrabi M. J., Naghizadeh M., Mirzadeh H. Deformation-induced martensite in austenitic stainless steels: A review // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2020. Vol. 20, Iss. 4. No. 124.
13. Beese A. M., Mohr D. Effect of stress triaxiality and Lode angle on the kinetics of strain-induced austenite-to-martensite transformation // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. P. 2589–2600.
14. Паршин С. В., Паршин В. С. Влияние условий волочения и вида обработки заготовки на развитие дефектов поверхности // Сталь. 2013. № 8. С. 50–52.
15. Выдрин А. В., Яковлева К. Ю. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния при волочении труб на самоустанавливающейся оправке на основе совместного применения проекционного метода и метода конечных элементов // Производство проката. 2016. № 1. С. 26–33.
16 Nima Dabiri Farahani, Ali Parvizi, Ali Barooni, Sina Anvari Naeini. Optimum curved die profile for tube drawing process with fixed conical plug // The International Journal of Advanced Manufactu ring Technology. 2018. Vol. 97. P. 1–11.
17. Орлов Г. А. Холодная прокатка и волочение труб : учеб. пособие. — Екатеринбург : УрФУ, 2011. — 188 с.
18 Boutenel F., Delhomme M., Velay V., Boman R. Finite element modelling of cold drawing for high-precision tubes // Comptes Rendus Mécanique. 2018. Vol. 346, Iss. 8. P. 665–677.
19. Zaera R., Rodríguez-Martínez J. A., Casado A., Fernández-Sáez J., Rusinek A. et al. Constitutive model for analyzing martensite formation in austenitic steels deforming at high strain rates // International Journal of Plasticity. 2012. Vol. 29. P. 77–101.
20. Allison M. Beese, Dirk Mohr. Effect of stress triaxiality and Lode angle on the kinetics of strain-induced austenite-to-martensite transformation // Acta Materialia. 2011. Vol. 59. P. 2589–2600.
21. Van Beeck J., Kouznetsova V. G., Van Maris M. P. F. H. L. The mechanical behaviour of metastable austenitic steels in pure bending // Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528, Iss. 24. P. 7207–7213.
22. El-Tahawy M., Jenei P., Kolonits T., Han G., Park H. et al. Different Evolutions of the Microstructure, Texture, and Mechanical Performance During Tension and Compression of 316L Stainless Steel // Metallurgical and Materials Transactions A. 2020. Vol. 51. P. 3447–3460.
23. Орлов В. В., Корнеев А. Е., Корнеев А. А., Гуденко А. С., Симич-Лафицкая Е. М. и др. Влияние мартенсита деформации на коррозионную стойкость оборудования и трубопроводов АЭС из аустенитных сталей // Тяжелое машиностроение. 2020. № 9. С. 10–15.
24. Бакиров М. Б., Корнеев А. Е., Мазепа А. Г., Выставкин И. А. Моделирование и контроль степени циклического повреждения трубопроводов из аустенитной стали на АЭС после длительных сроков эксплуатации // Заводская лаборатория. 2002. T. 68, № 9. С. 36–41.
25. Зубченко А. С., Банюк Г. Ф., Харина И. Л., Федоров А. В. Коррозионное растрескивание аустенитных хромоникелевых сталей // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Обеспечение безопасности АЭС. 2008. № 23. С. 76–84.