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

с введением модифицирующих добавок, в качестве которых исполь­ зовали титан и ферроцерий 0,0—0,15%. Исследуемые стали испыты­ вались в широком температурном интервале. Параллельно опреде­ лялась деформируемость путем прокатки клиновых образцов (рис. 32) размером 1-=- 10x20x100 мм с искусственным концентратором на­ пряжений.

Результаты проведенных испытаний представлены в виде диа­ граммы деформируемости (рис. 33).

Диаграммы деформируемости для всех применяемых в промыш­ ленности процессов пластической обработки можно построить с до-

W кругом

20to'1

Рис. 32. Клиновой образец.

статочной степенью точности для большинства применяемых в про­ изводстве деформируемых марок сталей, сплавов и чистых металлов на основании систематизации накопленных и опубликованных

втехнической литературе данных по определению деформируемости

имеханических свойств в широком температурном интервале. Для новых марок металлических материалов построение диаграмм дефор­ мируемости должно осуществляться в процессе освоения производ­ ства из них основных полуфабрикатов и изделий.

Издание обобщенного справочного материала, содержащего диа­ граммы деформируемости применяемых в промышленности металлов

исплавов, необходимо как с теоретической, так и с практической точек зрения. С практической точки зрения обобщенные и системати­ зированные справочные данные по диаграммам деформируемости позволяют заводским -инженерам выбрать рациональный метод обработки и обоснованно подойти как к проектированию новых, так и к корректировке существующих маршрутов обработки давле­ нием с максимальным использованием пластических свойств при дифференцированном подходе к каждому конкретному виду и состоя­ нию подлежащего обработке материала. Такой подход к расчету марш­ рутов пластической обработки обеспечивает достижение максимальной

производительности оборудования при сохранении гарантированного высокого качества изделий (исключение возможности возникновения внутренних и поверхностных нарушений сплошности). Следует

120

отметить,^ что методика проведения испытаний, необходимых для построения диаграмм деформируемости, весьма проста и не требует дорогого специализированного оборудования. Выполнение такой работы вполне доступно и для заводской лаборатории.

С теоретической точки зрения обобщение и систематизация диаг­ рамм деформируемости открывает возможности создания единых расчетных способов определения деформируемости любого класса материала при любом процессе исходя из результатов проведения лишь небольшого количества испытаний на разрыв, а в дальнейшем,

С целью ускорения выполнения экспериментальных работ, необ­ ходимых для построения диаграммы деформируемости, можно пред­ ложить упрощенный метод ее построения по данным одного экспе­ риментального определения величин Ьпр и ф на определенную темпе­ ратуру — построение по одной точке.

Возможность такого подхода опирается на гипотезу о том, что при любом реальном процессе пластического деформирования (для мягких схем напряженного состояния) предельная пластичность обрабатываемого металла при условии приближения его к идеальному пластическому состоянию при разрыве (ф «=* 100%) примерно равна 100%. При любом реальном процессе обработки давлением (для жестких схем напряженного состояния) предельная пластичность обрабатываемого металла близка к нулевому значению при условии приближения его к идеально хрупкому состоянию при разрыве (ф «=: 0). В данном случае под мягкими схемами понимается наличие

121

область линии AB (правая нижняя часть диаграммы деформируе­ мости).

Использование указанной гипотезы дает возможность построить единые диаграммы деформируемости в широком температурном ин­ тервале для любого класса металлических материалов применительно к условиям большого числа реальных процессов пластической обра­ ботки по результатам разрывных п моделирующих испытаний мате­ риала в одном-единственном пластическом состоянии (для одного значения ф).

Диаграмма деформируемости строится без варьирования значе­ ний ф и Ьпр при прочих равных условиях, обычно производимого

Рис. 34. Примерный вид диаграммы деформируемости: а — исход­ ные мягкие схемы напряженного состояния, б — исходные жесткие схемы.

путем изменения исходной структуры материала, т. е. по одной точке. Упрощенный метод построения диаграммы деформируемости (по одной точке) состоит в следующем:

1. Определение универсального показателя исходной пластич­ ности (для каждой температуры) при испытаниях на разрыв в одном конкретном состоянии (один режим термической обработки, одина­ ковые условия выплавки, разливки, и т. д.) для ряда плавок (по верхнему, среднему, и нижнему пределам содержания легирующих элементов).

2.Параллельное проведение моделирующих испытаний металла при соблюдении тождественности всех определяющих испытания параметров с параметрами проведения испытаний на разрыв (тот же металл, та же температура нагрева и др.). Возможно также исполь­ зование предельной пластичности исследуемого материала, получен­ ной в процессе изготовления опытных партий металлургических изделий и полуфабрикатов в производственных условиях.

3.Обработка результатов и получение одной усредненной точки

зависимости önp (р) — ф или Ьпр — ф (первое более точно, но менее удобно).

4. В зависимости от расположения указанной точки на диаграмме соединить ее прямой линией:

— для точек, расположенных в левой части диаграммы (Ьпр )>

J22

диаграммы деформируемости - позволяет резко сократить число экспериментов для определения предельной степени деформации и относительного сужения при различных исходных состояниях материала (исключение разных вариаций модификации, режимов исходной термической обработки и других предшествующих про­ цессов). В этом случае эксперимент сводится к получению для каждой температуры только одной точки зависимости £>пр(р) — ф. Эту точку можно определить в данном случае значительно точнее за счет уве­ личения общего количества испытуемых образцов при суммарном выигрыше во времени и объеме испытаний по сравнению с методом построения диаграммы, требующим 'нахождения не менее трех точек для каждой температуры.

§ 18

МЕТОДИКА РАСЧЕТА МАРШРУТОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ ПО ДАННЫМ ДИАГРАММЫ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

Расчет маршрута обработки давлением по данным диаграммы деформируемости основан на принципе максимального использования пластичности обрабатываемого металла. Методы расчета мощности и прочности оборудования, а также стойкости обрабатывающего инструмента, основанные на использовании показателей силовых параметров процесса и характеристик прочности обрабатываемого металла и инструмента, в достаточной степени исследованы и осве­

даря чему вполне возможно резкое интенсифицирование процессов деформации (увеличение обжатий и скоростей деформирования) без опасения поломок основных узлов оборудования и ускоренного износа инструмента. Но такая интенсификация процессов пластиче­ ской обработки без знания характеристик предельной пластичности может привести к возникновению брака изделий в виде надрывов и трещин и даже к их полному разрушению.

Создание методики технически обоснованного расчета маршру­ тов обработки давлением, исходя из пластичности обрабатываемого металла, позволит полностью использовать имеющиеся резервы прочности оборудования, сократить число трудоемких вспомога­ тельных и промежуточных операций, снизить брак вследствие нару­ шения сплошности обрабатываемого металла, а следовательно, повы­ сить производительность процесса обработки в целом.

123

Сформулируем основные положения методики расчета.

1.За универсальный показатель исходной пластичности обраба­ тываемого металла принимают полное относительное сужение ф, получаемое в результате проведения испытаний на разрыв при соот­ ветствующей температуре.

2.За показатель предельной пластичности принимают степень деформации, соответствующую появлению первой трещины, види­ мой невооруженным глазом, при испытаниях, имитирующих реальный процесс обработки.

Предельная пластичность определяется из диаграммы деформи­ руемости по значению универсального показателя пластичности или путем расчета по уравнениям регрессии с подстановкой мини­ мального значения ф, а также путем использования корреляцион­ ного коэффициента. В случае, если диаграмма деформируемости

предельной степени деформации и коэффициента здпаса 6дОП = К3Ьпр. Методика определения коэффициента запаса для процессов прокатки подробно описана в предыдущем разделе.

4. При расчете маршрута процесса деформации суммарную стёпень деформации, определяемую соотношением размеров и конфи­ гурацией исходной заготовки и готовой детали, разбивают на част­ ные величины степени деформации за проход и за цикл (степень деформации между двумя отжигами для холодной обработки или между нагревами для горячей обработки) так, чтобы значения этих ве­ личин были не больше значения допустимой степени деформации йдоп.

Расчет маршрутов обработки по методу максимального использозования пластичности металла имеет свою специфику для каждого из процессов, а также для каждого способа деформации при горячей, холодной или теплой обработке металла давлением. Эту специфику можно до некоторой степени осветить при рассмотрении конкретных примеров расчета. Однако прежде всего необходимо остановиться на вопросе выбора способа деформации температурного интервала

(холодная обработка) и 2) деформация с полным разупрочнением (горячая обработка), — зависит от целого ряда определяющих поло­ жений. В большинстве случаев такой выбор основывается на выпол­ нении требований не одного комплекса положений, а целого ряда их, в том числе требований по качеству поверхности, точности раз­ меров и конфигурации профиля сечения конечного изделия; по окон­ чательным свойствам и структуре металла, мощности и прочностным характеристикам имеющегося оборудования и инструмента; по исходному состоянию, прочностным и пластическим свойствам под­ лежащего обработке металла и т. д. -

Естественно, производными от указанных требований показа­ телями являются в конечном итоге экономическая эффективность и

124

производительность выбранного процесса обработки давлением. Все эти соображения достаточно широко освещены в технической литературе и не требуют подробного изложения. Сточки зрения пла­ стичности исходного металла, даже при равных конечных итогах и одинаковой экономической эффективности в случае выбора его для холодной обработки-, предпочтение должно быть отдано металлам, имеющим при комнатной температуре высокую пластичность (ф > >40%) . В противном случае низкое значение допустимой степени деформации между двумя операциями промежуточной термообра­ ботки настолько увеличит число этих операций, что время, затрачи­ ваемое на вспомогательные операции, намного перекроет машинное время обработки давлением. В результате способ холодной обра­ ботки давлением может оказаться вообще экономически нецелесооб­ разным.

Следует отметить, что практически со всех точек зрения нужно ориентироваться наспособ горячей деформации с введением опера­ ций холодной пластической обработки на конечных, отделочных стадиях производства полуфабрикатов и металлургических изделий в случае необходимости выполнения жестких требований по форме, размерам и качеству поверхности. В ряде случаев способы теплой обработки, сочетая в себе в той или иной степени положительные стороны холодной и горячей обработки, также могут быть с успехом использованы в производственной практике

В случае теплой или горячей обработки температурный интер­ вал деформации металла, исходя из условий максимального исполь­ зования пластичности, определяется на основании эксперименталь­ ной зависимости относительное сужение—температура (принцип максимального значения ф), а также по диаграмме деформируемости, причем последней следует отдать предпочтение (принцип максималь­ ной величины предельной степени деформации). Более подробно указанные положения будут освещены ниже при рассмотрении кон­ кретных примеров расчета маршрутов обработки металлов давле­ нием раздельно по способам холодной и горячей деформации.

П Р О Ц Е С С Ы Х О Л О Д Н О Й П Л А С Т И Ч Е С К О Й О Б Р А Б О Т К И

Расчет маршрута холодной прокатки листа. Универсальный показатель пла­ стичности по данным результатов испытаний на разрыв при комнатной температуре и оптимальном режиме предварительной термической обработки для стали 1X13 равен

125