Файл: Вакуумные прокатные станы..pdf

трения от среды при 1200 и 1300° С подобен характеру зависимости удельных давлений; при температуре 1100° С с переходом от воз­ духа к высокому вакууму удельная сила трения непрерывно

1100° С и обжатии 15% удельное давление при прокатке на воздухе

с помощью силоизмерительного валка. Так, для титана удельные давления, записанные силоизмерительным валком, максимально

219

отличались от расчетных на 12%, для молибдена на 10% и для стали на 15%.

Применение вакуума и среды инертного газа позволяет на методически новом уровне изучать влияние состояния поверх­ ностных слоев металла и окисных пленок на контактное трение при пластической деформации.

Одновременное измерение касательных и нормальных напря­ жений, проведенное в рассматриваемом эксперименте, позволило проанализировать важную зависимость между ними.

Усредненный по длине очага деформации коэффициент трения, рассчитанный из экспериментальных эпюр контактных напряже­ ний, полученных при прокатке титана (рис. 165), существенно изменяется при переходе от воздуха к высокому вакууму, причем

Рис. 165. Зависимость коэффи­ циента трения от среды при прокатке титана при температу­ рах в °С:

/ — 800; 2 — 900; 3 — 1000

-3 Lg Р(мм рт.ст) Остаточное давление

более интенсивный рост коэффициента трения наблюдается в ва­

1 мм рт. ст. — 0,095, в вакууме 10"2 мм рт. ст. — 0,097, в ва­ кууме 10"3 мм рт. ст. он возрастает до 0,14. Столь небольшие абсолютные значения коэффициента трения для молибдена объясняются чрезвычайно большими значениями нормальных напряжений по сравнению с касательными.

Зависимость коэффициента трения от среды при прокатке стали имеет максимум в вакууме 1 мм рт. ст. (рис. 167). При увеличении или уменьшении парциального давления кислорода

220

Выявленные закономерности распределения контактных напря­ жений по длине очага деформации и изменения энергосиловых показателей процесса прокатки металлов при воздействии раз­ личных сред можно объяснить изменением кинематических усло­ вий на контакте в зависимости от физико-химических и механи­ ческих свойств поверхностных слоев обрабатываемого металла.

Как показали исследования, образцы в зависимости от среды покрыты различными по толщине и свойствам окисными пленками.

Так, при прокатке на воздухе титана образовывалась окисная

очередь, привело к изменению кинематических условий в очаге деформации, характеризующихся увеличением области затруднен­ ной деформации, смещением г нейтрального сечения и максимума нормальных напряжений в сторону выхода металла из валков. В данном случае, как показывают результаты эксперимента, окисная пленка играла роль присыпки.

При переходе от прокатки на воздухе к прокатке в низком ва­ кууме резкое замедление процессов окисления обусловило обра­ зование сравнительно тонкой окисной пленки (8—12 мкм). Хотя схема взаимодействия обрабатываемого металла с инструментом

221

массы образца. Эластичная окисная пленка в данном случае играла роль смазки, облегчая перемещение деформируемого металла по поверхности инструмента. Следствием этого явилось смещение нейтрального сечения к середине дуги захвата и уменьшение об­ ласти затрудненной деформации. Смазывающее действие окисная пленка оказывала вплоть до вакуума Ю - 3 мм рт. ст.

Дальнейшее повышение степени вакуума привело к изменению схемы взаимодействия металла и инструмента. Поверхность ме­ талла покрывалась настолько тонкой окисной пленкой, что по неровностям происходило контактирование валка с чистым метал­ лом. Это подтверждается наблюдаемым изменением цвета поверх­ ности образца после прокатки в вакууме. С повышением степени вакуума доля контактной поверхности, приходящейся на контакт валка с чистым металлом, увеличивалась. Такое изменение состоя­ ния поверхности обрабатываемого металла оказывало существен­ ное влияние на характер распределения контактных напряжений и сил трения по длине очага деформации. Если при прокатке в низ­ ком вакууме и на воздухе окисная пленка покрывала полностью контактную поверхность металла, то в данном случае при захвате окисная пленка на выступах срезалась и по мере продвижения по очагу деформации все больше и больше вступали в контакт чистые поверхности металла, что существенно изменяло условия течения металла в очаге деформации.

Изменение условий трения в зоне контакта привело к постепен­ ному увеличению области затрудненной деформации и смещению нейтрального сечения и максимума нормальных напряжений в сто­ рону выхода. Давление и сила трения при этом увеличивались.

При прокатке в высоком вакууме ( 5 - Ю - 5 мм рт. ст.) на титане образовывалась тончайшая пленка и металл сохранял свой естественный цвет. Практическое отсутствие окисной пленки на поверхности металла приближало условия в зоне контакта к усло­ виям сухого трения. Однако силы трения изменялись по более сложному закону, так как наряду с трением скольжения имелось адгезионное взаимодействие между металлом и инструментом. Подтверждением этому являются случаи налипания металла на валки при прокатке в высоком вакууме.

Увеличение области затрудненной деформации при этом, оче­ видно, связано с повышением роли сил молекулярного взаимо­

к дальнейшему "смещению нейтрального сечения и максимума нормальных напряжений в сторону выхода металла из валков, а также к увеличению энергосиловых параметров процесса про­ катки.

При прокатке молибдена — металла со сравнительно высокой упругостью диссоциации окислов, на воздухе на его поверхности

222