Файл: Чашников Д.И. Деформируемость судостроительных сталей при обработке давлением.pdf

металлов относятся к классу труднодеформируемых. При обработке давлением, особенно при деформировании с нагревом, указанные материалы обладают наряду с высоким сопротивлением деформа­ ции низкой пластичностью, часто граничащей с хрупким состоя­ нием. В настоящее время для обработки давлением таких сплавов требуется применение специальных дорогих и малопроизводитель­ ных способов: горячее прессование с противодавлением, деформация в пластичных оболочках, гидроэкструзия и т. д. Отыскание зна­ чений температуры и скорости, соответствующих сверхпластичному состоянию каждого такого материала, позволит получить неогра­ ниченные степени деформации при сравнительно низкой мощности обрабатывающего оборудования. Экономические и технические вы­ годы при этом трудно переоценить.

В качестве второго примерз можно привести установленное в по­ следние годы явление самопроизвольного формоизменения металли­ ческих деталей под действием термокачек, а также при воздействии нейтронного облучения. Несомненно,'что устранение этого вредного явления вполне возможно при подходе к нему с точки зрения теории механизма сверхпластичного течения. При этом можно подобрать соответствующие параметры работы установки либо применить не склонные в данных условиях к явлению сверхпластнчности мате­ риалы. Представляет также интерес применение металлических материалов, имеющих склонность к сверхпластичности в области низких температур, для работы машин в условиях Крайнего Севера, для сосудов со сжиженными газами, в конструкциях химического машиностроения и т. д.

Даже небольшое количество приведенных примеров свидетель­ ствует об актуальности и правомочности постановки вопроса об установлении определяющих параметров и способности конкретного материала перейти в сверхпластичное состояние.

ПЛАСТИЧНОСТЬ И ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ

§ 15

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

При освоении новых металлов и сплавов основной остается про­ блема пластичности. Для ее решения необходимо дальнейшее изуче­ ние природы пластичности, усовершенствование методов определе­ ния критериев оценки пластичности, изыскание путей повышения пластичности труднодеформируемых материалов и создание справоч­ ных пособий по показателям пластичности и деформируемости,, опре-

90

деленным различными методами. Так как количественно пластич­ ность материала выражается через конкретный показатель деформи­ руемости или сочетание нескольких показателей, нельзя провести четкую грань между этими показателями, а также менаду методами определения пластичности и деформируемости. Очевидно, что введе­ ние понятия «универсальный показатель пластичности» является условным приемом, значительно облегчающим методику опреде­ ления показателей деформируемости применительно к любому кон­ кретному процессу обработки давлением. Подробный анализ совре­ менных методов определения пластичности проведен А. А. Пресня­ ковым [35].

В общем виде все известные методы определения пластичности

2)усредненные комплексные критерии пластичности (критерии

С.И. Губкина, Л. Д. Соколова, В. Л. Колмогорова [13, 19, 65

идр.[).

3)критерии пластичности, полученные на основании проведения

простейших лабораторных испытаний (испытания на кручение, разрыв, ударную работу, сжатие, динамический и статический изгиб

ит. д.);

4)методы испытаний, имитирующие процессы реальной обра­ ботки давлением, непосредственно производственные испытания (про­ катка на клин или прокатка клиновых образцов [61 ], осадка кре­

шеров или слитков [3], .прокатываемость трубных образцов в перио­ дическом калибре [55], испытания на прошиваемость [30]).

Математическая теория пластичности, рассматривающая пласти­ ческое состояние исходя из гипотезы равновесия элементов и усло­ вий пластичности и являющаяся основой теоретических методов, дает возможность лишь качественно оценить пластическое поведение материала. Это связано с большим количеством допущений и упро­ щений, неизбежных при выведении теоретических выражений, кото­ рые описывают взаимосвязь огромного количества переменных, определяющих течение сложного процесса деформации при пласти­ ческой обработке. В свете сказанного мы не будем касаться этих вопросов.

В'ранних работах С. И. Губкина предлагалось находить деформи­ руемость по максимумам, которые получены на диаграммах пластич­ ности, построенных по результатам определения пластичности раз­ ными методами. Однако на основании результатов широких иссле­ дований технических сплавов было установлено, что ход изменения всех кривых пластичности качественно идентичен и максимумы на диаграммах не вносят ничего нового в количественную и качествен­ ную оценку пластичности. В то же время применение метода оценки по максимумам на диаграммах пластичности значительно повышает сложность и трудоемкость исследований [40].

Позднее С. И. Губкиным был предложен расчетный метод опреде­ ления деформируемости:

D = бр + k (бр - 1),

91

бр = —р— (F и f — соответственно площади до и после разруше­

ния);

k — коэффициент вида разрушения.

Коэффициент k представляет собой отношение площадей соста­ вляющих вязкого и хрупкого видов разрушений в изломе, него опре­ деление весьма затруднено. Эксперименты показали, что темпера­ турная кривая деформируемости почти полностью совпадает с кри­ вой изменения относительного сужения при разрыве, которую полу­ чают значительно проще и быстрее [36] путем испытаний на разрыв црн различных температурах. То же самое молено сказать и относи­ тельно .метода парных испытаний (линейное сжатие — линейное растяжение). Метод парных испытаний (линейное сжатие, испытания на разрыв), не говоря о его трудоемкости, дает завышенные значения пластичности. Кроме того, создание линейного сжатия представляет само по себе большие трудности.

Л. Д. Соколов показал, что усредненные показатели деформи­ руемости недостаточно точны и пригодны только для предваритель­ ного грубого установления температурного интервала максимальной пластичности материала, и предложил уточненный критерий пла­ стичности П:

П =

а і

где рср — среднее удельное давление;

— истинное сопротивление деформации, определяемое по формуле С. И. Губкина:

(г,- = р (1 j (г — коэффициент, трения, а d и h — соот-

вественно диаметр и высота образца).

И. Л. Перлин предлагает считать за критерий деформируемости относительную ударную вязкость Ьп:

где ак — ударная вязкость; сгв — предел прочности.

И. Эльфмарк [65 ] рекомендует определять деформируемость при горячей прокатке по соотношению

р = хѵк,

где X -г- постоянная величина, характеризующая вид простейшего испытания и способ выражения деформируемости;]

V— скорость рекристаллизации;

k — экспонента, зависящая от скорости деформации.

М. А. Зайков и В. Н. Перетятько считают, что для металла можно указать универсальный критерий пластичности Я 0, который будет одинаковым для различных видов простейших испытаний (растяже­ ние, кручение и др.) и может быть применен для определения пре-

92

дельной степени деформации при различных способах обработки давлением:

случае дать необходимую точность оценки и предлагается исполь­ зовать условие деформирования без разрушения, одной из опреде­ ляющих которого является зависимость пластичности Лр (степень

иной степени основаны на использовании результатов простейших испытаний.

К простейшим методам испытаний материалов относится в первую очередь метод растяжения (испытания на разрыв) при низких, обычных и высоких температурах круглых сплошных и полых образ­ цов с надрезом и без него, плоских листовых образцов и криволиней­ ных сегментов, вырезаемых из тонкостенных труб большего диаметра.

Метод испытаний на разрыв широко распространен, прост, наде­ жен, требует сравнительно малых затрат металла, дает ряд ценных характеристик пластичности и сопротивления деформации (сгв, ст0і2, б, ф); испытания могут быть проведены быстро в условиях, как науч­ ных, так и заводских лабораторий. За показатель пластичности при растяжении на основании целого ряда литературных данных [4,

24, 35] должно быть принято полное относительное сужение (ф =

Показатель относительного сужения і[з не зависит от сопроти­ вления деформации, длины образца, соотношения длин равномерной и сосредоточенной деформации и полностью характеризует макси­ мальную деформацию, претерпеваемую металлом в условиях сначала линейного, а затем объемного растяжения (в локальной области). Хотя относительное удлинение б имеет большое практическое зна­ чение (для оценки деформируемости при сверхпластичном состоянии является единственным критерием), в обычных условиях разрыва с образованием шейки она не характеризует максимальной пластич­ ности материала и зависит от размеров и главным образом от расчет­ ной длины испытуемых образцов [4, 21]..

Представляет значительный интерес с точки зрения упрощения и ускорения определения показателей пластичности при испытаниях на разрыв метод безобразцовых испытаний. Он описан в целом ряде

93

работ М. Г. Марковца, В. Г. Борисова и др. Суть метода состоит

и пластичности, получаемых при испытаниях на разрыв. Авторы рекомендуют расчетные формулы, таблицы и даже специальные приборы, непосредственно позволяющие получать значения харак­ теристик испытаний на разрыв при проведении испытаний по опре­ делению твердости.

В последние годы используют ряд методов испытаний образцов на разрыв в различных средах: 1) в условиях гидростатического сжатия при давлениях жидкости до 50 000 кгс/см2 [33 ] и 2) при воздействии импульса электрического тока, а также методы испыта­ ний на разрыв при высоких скоростях нагружения или при наложе­ нии ультразвукового поля на деформируемый образец.

Широко распространенный в области изучения конструкцион­ ной прочности материалов метод определения ударной вязкости для количественной оценки критериев пластичности применительно к условиям обработки давлением мало показателен. Значения ак зависят не только от пластических свойств материала, но и от сопро­ тивления деформации.

Следует, однако, отметить, что методом испытаний для опреде­ ления ударной вязкости металла весьма удобно находить темпера­ турные интервалы провалов пластичности металлических материа­ лов (охрупчивания) в области как низких, так и повышенных темпе­ ратур. Метод испытаний для определения показателей ударной вязкости дает значительный разброс результатов.

Кручение является4 хорошо изученным и достаточно широко применяемым, особенно в трубном производстве методом испытания материалов [19, 34]. Деформация при кручении протекает немоно­ тонно: направления главных скоростей удлинений не совпадают в течение всего времени испытания с одними и теми же волокнами испытуемого металла. Метод испытаний на кручение не обеспечи­ вает достаточной точности и дает высокий разброс результатов. Показатель деформируемости, принятый при испытаниях на круче­ ние (число скручиваний до разрушения), резко отличается от при­ нятых в теории и практике обработки металлов давлением относи­ тельных характеристик и требует специальных пересчетов [64]. Само проведение испытаний на кручение сложнее, чем испытаний на разрыв.

Следует отметить, что до настоящего времени отсутствуют стан­ дартные методики и единое испытательное оборудование; большое количество переменных накладывается друг на друга. Это исключает возможность прямого сравнения результатов испытаний на кру­ чение, полученных различными исследователями. Качественно тем­ пературная кривая числа скручиваний до разрушения идентична аналогичной зависимости показателей пластичности при простом растяжении.

Испытания на изгиб производятся только применительно к низко­ пластичным материалам, так как для материалов, имеющих относи-

94