Файл: Вакуумные прокатные станы..pdf

Температурные кривые, характеризующие изменение темпе­ ратуры валка на расстоянии 1,5 мм от контактной поверхности, имеют принципиально одинаковый характер при прокатке и в ва­ кууме, и на воздухе, определяющийся законом теплопроводности: изменение толщины окисной пленки определяет всего лишь темпе­ ратурный уровень. Например, увеличение толщины окалины приводит к снижению максимального значения .температуры. На глубине 5,0 мм от поверхности валка температурных изме-

нений не было обнаружено, что позволяет полагать, что при при­ нятой схеме прокатки (однократной) тепловым колебаниям под­

валка в вакууме почти в 3 раза больше, чем на воздухе. Высокую температуру и интенсивность нагрева поверхностных слоев валка при прокатке в безокислительных условиях совершенно

205

зано с менее развитым процессом теплообмена в вакууме между валком и окружающей средой из-за практического отсутствия конвекции.

Типичный характер изменения температур различных слоев металла в процессе деформации в вакууме и на воздухе пред­ ставлен на рис. 150. Процесс прокатки в вакууме сопровождается резкими температурными скачками во всех рассматриваемых точках сечения образца. Как видно из рис. 151, на поверхности

поверхности температура изменяется более медленно. Можно полагать, что в этом случае передача тепла теплопроводностью имеет преобладающее значение.

Полученные температурные кривые при прокатке на воздухе образца, нагретого до 800° С, хорошо согласуются с результа­ тами исследований С. И. Булата [8] . Температура поверхности металла падает медленнее. К концу очага деформации в балансе теплообмена охлаждающее действие валков перекрывается вы­ делением тепла за счет работы деформации и трения. Изменение температуры металла на глубине 1,0 мм от поверхности доста­ точно заметно и отражает действие теплового импульса, в сере­ дине образца (на глубине 3,0 мм) падение температуры незна­ чительное.

Анализируя условия охлаждения образцов после выхода из валков, можно отметить, что наличие развитого теплообмена

206

металла с окружающей средой обусловливает максимальное значение скорости охлаждения на воздухе (рис. 152). При осты­ вании металла в вакууме Ю - 1 мм рт. ст. скорость охлаждения минимальная, так как практически отсутствует конвективный теплообмен и, кроме того, действует теплоизоляционный слой окисной пленки. Малые скорости охлаждения металла в условиях

зывать значительное влияние на условия трения и касательные напряжения в очаге деформации. Резкое снижение температуры поверхностных слоев металла при прокатке в вакууме необхо­ димо учитывать при анализе результатов исследований силовых

Рис. 152. Кинетика охлаж­

и скоростных показателей и при расчетах усилий. Несомненно, что сопротивление деформации приконтактных слоев металла имеет повышенное значение. Различие в температурных условиях металла может повлечь за собой и различие в свойствах и струк­ туре по сечению. Очевидно, что анизотропия свойств и структуры увеличивается при прочих равных условиях, с уменьшением тол­ щины окисной пленки на контактной поверхности.

Зависимость температурных условий процесса деформации от физико-химического состояния контактной поверхности необхо­ димо учитывать при оценке контактного трения и касательных напряжений, расчетах энергосиловых показателей прокатки, разработке технологических режимов и конструировании спе­ циального оборудования.

3. КОНТАКТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ В ВАКУУМЕ

Косвенные методы не позволяют получить картину распре­ деления контактных напряжений в очаге деформации, знание которых необходимо при изучении закономерностей взаимодей­ ствия деформируемого металла с инструментом и установлении общей зависимости касательных и нормальных напряжений от условий на контактной поверхности.

Особый интерес приобретает этот вопрос при исследовании прокатки в вакууме, когда изменение условий в месте контакта

207

в зависимости от глубины вакуума является одним из основных факторов, оказывающих существенное влияние на энергосило­ вые показатели процесса. Знание распределения контактных нап­ ряжений в очаге деформации является фактическим материа­ лом, необходимым для задания граничных условий при расчетах усилий и деформаций и для прямого использования их при решении технологических вопросов (стойкость и износ инструмента, на­ липание металла на валки, подбор смазки и т. д.).

Изучению характера распределения контактных напряжений при пластической деформации посвящено значительное коли­ чество теоретических и экспериментальных работ.

На основании исследований установлено, что основным фак­ тором, влияющим на величину и характер распределения контакт­ ных напряжений в очаге деформации, является фактор формы

очага деформации J . Этот параметр является универсальным

критерием разработанных в настоящее время классификаций процесса прокатки, в соответствии с которыми и определяется характер распределения контактных напряжений по дуге захвата.

Однако границы различных случаев прокатки еще не точно установлены, так как контактные напряжения зависят не только

от различных факторов существенно усложняется в связи с тепло­ вым взаимодействием металла с валками, наличием окалины и сложной зависимостью механических свойств металла в очаге деформации и в приконтактных слоях от температуры нагрева, теплопроводности металла, продолжительности охлаждения и отношения поверхности к объему очага деформации.

Для экспериментального исследования контактных напряже­ ний создано большое количество силоизмерительных устройств, которые можно разделить по принципу измерения сил на два типа: для измерения суммарных сил в очаге деформации и для измерения напряжений в каждой точке контактной поверх­ ности.

К первому типу силоизмерительных устройств относятся раз­ резные приборы, торсиометры и месдозы для измерения полного давления. С помощью силоизмерительных устройств второго типа измеряются контактные напряжения в виде эпюр в каждой точке очага деформации. Силоизмерительные устройства этого типа в зависимости от числа измеряемых величин можно подраз­ делить на однокомпонентные, двухкомпонентные и трехкомпонентные.

Анализ существующих штифтовых силоизмерительных устройств для измерения контактных напряжений показывает, что ни одно из них не может быть принято для изучения распре-

208

деления нормальных и касательных напряжений при дефор мации тугоплавких металлов в вакууме по следующим при чинам:

1. Отсутствие высокой конструктивной жесткости, необхо­ димой при измерении распределения нормальных и касательных напряжений по длине очага деформации с повышенной точностью.

2. Недостаточная надежность работы элементов конструкции в условиях высокого вакуума (из-за наличия пар трения возможно схватывание).

сечения размерами 1,3X25 мм. Зазор между штифтом упругого

обеспечивается созданием предварительно напряженного состояния секторов / и 3 по плоскостям их контакта Д и Е. При монтаже силоизмерительного устройства с вмонтированным упругим эле­