Файл: Чашников Д.И. Деформируемость судостроительных сталей при обработке давлением.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.07.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
Д И . Ч А Ш Н И К О В
□ Т А Л Е Й
при обработке давлением
Д. И. Ч А Ш Н И К О В
ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ
СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ
СТАЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ
ДАВЛЕНИЕМ
контрольный
ЭКЗЕМПЛЯР
ИЗД АТЕЛЬСТВО ' „С У Д О С Т Р О Е Н И Е “
ЛЕНИНГРАД
1974
В книге изложены вопросы влияния основных факторов на пласти ческое поведение обрабатываемого материала. Освещена теория кине тики деформации и разрушения, включая эффект сверхпластичности. Описаны методы определения показателей деформируемости на основе результатов простейших испытаний, а также рассмотрена связь между различными показателями деформируемости и характеристиками пла стичности при испытаниях на разрыв. Приведены характеристики пластичности ряда судостроительных сталей и сплавов при разных температурах и дана методика расчета маршрутов обработки давле нием по результатам испытаний на разрыв.
Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работни ков, специализирующихся в области теории и практики обработки металлов давлением и технологии прогрессивного формообразования, и может быть полезна студентам и аспирантам соответствующих спе циальностей.
Илл. 37. Табл. 7. Указатель литерат. 70 назв.
Реценз.енты: инж. К- Б- Голубев, канд. техн. паук В. Г. Степанов
Научный редактор докт. техн. наук Л. Я- Глускин
ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ Ч АШ НИ КО В
ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ
Редактор Р. Д. Никитина. Технические редакторы: А. П. Ширяева, А. И. Казаков. Корректор Е. П. Смирнова. Переплет художника Б. Н. Осенчакова
|
Сдано в набор 14 нюня 1973 г. Подписано к печати 27 ноября |
1973 г. М-19234. |
||
Формат бОХЭОѴю- Бумага типографская |
№ 3. Печатных листов 8,5. |
Учетно-пздательскнх |
||
|
листов 9,7. Тираж 1400. Заказ А'Ь |
342. |
Издательский № 2668-71 |
Цена 1 руб. 15 коп. |
|
ЦздатадьствЗ'чСудоетроаніщ», 191065, г. Ленинград, ул. Гоголя, 8. |
|||
|
Ленинградская тнпогрІфи'я |
Соібзполнграфпрома при Государстненном комитете |
||
|
Совета Министров СССР по Делам издательств, полиграфии и книжной торговли |
|||
|
е 193Г44, гор. Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10 |
|||
ч |
3123—009 |
|
|
|
048 (01)—74 18—74 |
|
|
|
© Издательство «Судостроение», 1974 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Важнейшим направлением в совершенствовании ■и развитии современного машиностроения является расширение объема производства и потребления точных и прогрессивных заготовок, применение рациональных методов формообразования, обеспечивающих максимальное приближение заготовок по форме, размерам и чистоте Поверхности к готовым деталям, а следовательно, снижение объема механической обработки.
В настоящее время около половины металла, потребляемого машиностроением, идет в отходы в виде стружкиКроме того, механическая обработка деталей еди ничного и мелкосерийного производства, составляющего основу судостроения, чрезвычайно трудоемка. Поэтому не случайно вопросам прогрессивного формооб разования уделяется большое внимание.
Среднегодовое производство поковок и штамповок только на судостроительных предприятиях составляет около 102 тыс. т, не считая полуфабрикатов, поставляемых предприятиями других отраслей промышленности.
Применение прогрессивных методов получения заготовок обеспечивает эконо мию металлов и снижение трудоемкости обработки. Так, изготовление шестигран ных труб для штуцерно-торцевых соединений методом прессования взамен приме нявшейся ранее механической обработки из сортового проката обеспечило экономию до 200 руб. на 1 т деталей при 50%-ной экономии металла. Использование горяче катаных фасонных стальных профилей в корпусных судовых конструкциях взамен ранее изготовлявшихся сварных из полосовой стали дает экономию от 80 до 1800 руб. на 1 т конструкций. Внедрение только 13 типоразмеров этих профилей в течение 1968— 1971 гг. позволило получить в целом по судостроительной промышленности экономический эффект в размере 2,4 млн. руб.
Эффективно для судостроения также применение цельнопрессованных панелей из алюминиевых сплавов, особенно при создании принципиально новых конструк ций судов (на подводных крыльях, на воздушной подушке и др.).
Традиционные методы изготовления корпусных конструкций из листов и про филей, основанные на соединении их клепкой или сваркой, не удовлетворяют новым требованиям по прочностным и массовым характеристикам. Кроме того, панельный метод, например, позволяет значительно повысить производительность труда бла годаря уменьшению протяженности сварных или клепаных соединений в два-три раза, уменьшить массу корпуса судна на 10—20% путем более рационального рас пределения материала между обшивкой и набором, повысить надежность и улуч шить внешний вид корпуса. Можно было бы привести еще ряд примеров высокой экономической эффективности использования заготовок, получаемых методами пла стической деформации.
Рост применения точных и прогрессивных заготовок и полуфабрикатов в судо строении требует коренного совершенствования собственного заготовительного про изводства (в первую очередь производства, связанного с обработкой металлов давле нием), а также увеличения объема выпуска и повышения качества полуфабрикатов, поставляемых судостроению специализированными заводами других отраслей про мышленности.
1* |
3 |
Успешное решение указанных задач невозможно без внедрения последних до стижений теории обработки металлов давлением, основанных на разработке теоре тических и практических вопросов повышения пластичности обрабатываемого ме талла в очаге деформации. Интенсификация процессов обработки металлов давле нием за счет повышения пластичности в очаге деформации в свою очередь невозможна без учета влияния различных факторов, определяющих деформируемость реального металла в условиях конкретного процесса.
За последнее время проведено большое количество научно-исследовательских и конструкторских работ в области интенсификации процессов обработки металлов давлением путем повышения скоростей деформирования, улучшения прочностных характеристик оборудования и повышения стойкости инструмента с помощью ра циональных смазочных покрытий, охлаждающих эмульсий, а также новых износо стойких материалов, применяемых для его изготовления. Внедрение перечисленных мероприятий сделало особенно актуальным создание методики определения допу стимых степеней деформации за проход для каждого реального процесса обработки применительно к любому конкретному материалу (сталям, сплавам, чистым метал лам). Отсутствие приемлемой методики определения допустимой степени деформации при условии максимального использования пластичности металла, с одной стороны, тормозит интенсификацию процессов пластической обработки достаточно освоенных в производстве марок сталей и сплавов, а с другой стороны, — препятствует прове дению научно-исследовательских работ по освоению новых материалов в обраба тывающей промышленности. Методика должна быть не только теоретически и экспе риментально обоснованной, но и приемлемой в повседневной производственной практике, т.. е. достаточно простой и надежной. Простейшие методы испытаний должны быть пригодны для определения исходных характеристик пластичности обрабатываемого материала, необходимых для расчетов.
К настоящему времени в отечественной и зарубежной литературе опубликовано большое количество работ, посвященных исследованию влияния различных факто ров на пластические свойства материала при обработке давлением. Отдельные работы содержат результаты экспериментального исследования пластических характеристик, определенных различными методами, включая производственные эксперименты в це ховых условиях. На основе проведенных исследований применительно к маркам сталей и сплавов, применяемых в судостроении, автор сделал попытку дать некото рые практические рекомендации. Они касаются методики определения допустимой степени деформации применительно к условиям большей части реальных процессов обработки давлением на основе комплекса простейших лабораторных исследований: испытаний на разрыв и испытаний, имитирующих условия течения изучаемого про цесса обработки.
Книга не претендует на полноту охвата всех аспектов этого многогранного вопроса и на однозначность даваемых рекомендаций. Однако, по мнению автора, проблема определения допускаемых степеней деформации на основе результатов простейших испытаний сама по себе представляет значительный интерес и открывает широкие перспективы для дальнейших работ.
ГЛАВА
I
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПЛАСТИЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В теории и практике обработки металлов давлением [13, 19, 53] под термином «пластичность» понимают способность вещества к необ ратимому изменению формы и размеров под действием приложенных сил, сопровождаемому структурными изменениями, но без таких нарушений сплошности, порядок размеров которых превосходит величину длин световых волн.
Пластичность является общей характеристикой состояния метал лического вещества, так как определяется рядом факторов (темпе ратурой, давлением и др.) и конкретно выражается понятием «де формируемость».
Под термином «деформируемость» следует понимать способность данного вещества к необратимому изменению размеров и формы под действием внешних сил, сопровождаемому структурными изме нениями без нарушений сплошности, превосходящих порядок вели чин длин световых волн, применительно к конкретно заданным условиям деформации. Эти конкретно заданные условия в сумме есть не что иное, как реальный процесс обработки (продольная или поперечная прокатка — горячая, холодная, теплая, прессование, ковка, гидроэкструзия, волочение и т. д.). Как правило, конкретно названный процесс характеризуется теми же факторами, что и пласти ческое состояние материала вообще: температурой, скоростью, гидро статическим давлением, определяемым схемой объемного напряжен ного состояния, и др. При этом каждый из вышеназванных факторов для конкретного процесса определен не только качественно, но и количественно. Так, например, температурный интервал горячей прокатки ограничен температурами максимальной пластичности, свойственными рассматриваемой марке материала; скорость деформа ции конкретного процесса находится в точно регламентированном интервале (диапазон значений скорости деформации связан со сте пенями обжатия и особенностями того шш иного стана); схема объемного напряженного состояния обрабатываемого тела и отдель ных его частей также известна.
С другой стороны, деформируемость материала имеет вполне конкретное значение и выражается той максимальной степенью
5
деформации, которую способен выдержать материал данного -хими ческого состава при заданных условиях до начала нарушения сплош ности (возникновения трещин, видимых невооруженным глазом). Эту степень деформации можно назвать «предельной пластичностью» [53] и в свете сказанного применительно к конкретному процессу — «предельной деформируемостью». При достижении материалом пре дельной пластичности, соответствующей данным условиям деформи рования, наступает его полное или частичное разрушение. Так, предельная деформируемость материала при прокатке определяется одним из коэффициентов главной деформации (вытяжки, абсолют
ного или относительного обжатия: ц = . b — АН или b — ~g~> соответствующим началу появления первой трещины); при растя
жении-—-относительным сужением или удлинением |
= |
б = |
||
= -y-j |
и при косой прокатке |
(прошивке) — критическим обжатием |
||
( $кр = |
) . где I. — длина, |
F — площадь сечения, |
Н — высота |
полосы и d — диаметр заготовки 1.
В практике обработки металлов давлением используется понятие «допустимая степень деформации», или точнее «допустимая деформи руемость». Величина допустимой деформируемости выражается через максимальную степень деформации, которую способен претерпеть данный материал при принятых условиях процесса пластической обработки без нарушений сйлошности, видимых невооруженным глазом. Указанная характеристика допустимой степени деформа ции и является количественным выражением понятия «технологи ческая деформируемость». Связь между допустимой степенью дефор мации (технологической деформируемостью) и предельной степенью деформации (предельной деформируемостью) определяется, по мне нию автора, зависимостью Ьдоп = К3Ьлр, где К3— коэффициент запаса [54].
Не используя применяемых в литературе терминов «технологи ческая пластичность», «прокатываемость», «прошиваемость» и др., как не вносящих ничего нового, можно констатировать следующее:
1. Пластичность представляет собой качественное понятие, про являющееся в характеристиках деформируемости металлического вещества, количественно выражаемых через предельную степень деформации материала, претерпеваемой им До начала разрушения в конкретных условиях протекания определенного процесса обра ботки давлением (в общем случае— пластического деформирования).
2. Пластичность и деформируемость являются не свойством вещества, а его состоянием, которое определяется двумя группами условных факторов: 1) природными свойствами материала и пред шествующей технологией его изготовления; 2) условиями протека ния процесса пластического формоизменения.
1 Выбору критериев и определению «предельной деформируемости» посвящен ряд работ автора [30, 53, 57],
6
К факторам первой группы относятся химический состав и газосодержание, макро- и микроструктура, фазовое состояние, плот ность, наличие либо отсутствие дислокаций и вакансий и др. Во вто рую группу входят температура и скорость, схема напряженного
состояния, |
характер окружающей |
среды, условия трения, форма |
и размеры |
обрабатываемого тела |
и др. |
Иными словами, пластичность любого кристаллического материала
функционально определяется |
следующими |
факторами: |
L = f {Н, М, F, |
Т, V, S, р, |
W, К, D), |
где Я — химический состав; |
|
|
М — макро- и микроструктура; F — фазовый состав;
Т — температура;
V — скорость деформации; 5 — окружающая среда;
р— гидростатическое давление, определяемое схемой напря женного состояния;
W — масштабный фактор (форма и размеры обрабатываемого тела);
К — концентратор напряжений;
D — специфические условия протекания процесса деформации: дробность (число проходов), коэффициент трения (наличие смазки, чистота обработки инструмента, характер поверх ности тела) и др.
Рассмотрим более подробно каждый из приведенных факторов.
§2
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Влияние на пластичность материала его химического состава — общеизвестный факт, причем это влияние настолько многообразно, что в данной книге можно указать лишь общие качественные законо мерности, и то весьма условно. Количественно учесть все много образие этого влияния при сегодняшнем уровне знаний можно лишь применительно к отдельным характеристикам деформируемости материала конкретного химического состава в широком диапазоне условий проведения его деформации от простых испытаний на разрыв до производственного процесса пластической обработки (холодная или горячая прокатка, прессование, волочение, ковка и т. д.) для данного сортамента полуфабрикатов (листов, труб, поковок, лент, прутков, профилей и др.). Поэтому неслучаен огромный поток публи каций, посвященных технологии обработки давлением каждой новой марки стали, сплава, чистых металлов, а также исследованию их технологической деформируемости и механических свойств [24, 34,61]. Вместе с тем несмотря на большое количество эксперименталь ного материала, теоретически этот вопрос изучен мало [131. В распо-
' 7