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

пластической обработки. Прокатка в инертном газе и вакууме спо­ собствует образованию равномерной по всему сечению структуры. Например, при прокатке ниобия и ванадия в высоком вакууме про­ исходит перераспределение примесей внедрения, измельчение и рас­ творение второй фазы; образуется более совершенная текстура. Эти обстоятельства способствуют существенному повышению пла­

ции в вакууме и нейтральных средах, следует отнести повышение коэффициента трения, что, как правило, увеличивает неравномер­ ность деформации и снижает деформируемость материала.

Таким образом, даже краткий обзор позволяет прийти к выводу о многоплановости влияния окружающей среды на пластичность при деформации и о необходимости учета этого влияния в каждом кон­ кретном случае.

§8

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И МЕХАНИЧЕСКАЯ СХЕМА ДЕФОРМАЦИИ

Влияние на пластическое поведение материала механической схемы деформации и в первую очередь схемы напряженного состоя­ ния, определяющего в конечном счете величину гидростатического давления, широко освещено в литературе [13, 28].

Гидростатическое давление р определяется как среднее арифме­ тическое' суммы трех главных напряжений, взятое с обратным зна­ ком:

_ _ _ gl + СТ2 + СТ3

^3

Естественно, когда сумма трех главных напряжений положи­ тельна (трехмерное растяжение), гидростатическое давление отри­ цательно (р < 0), и, наоборот, при трехмерном сжатии гидростати­ ческое давление всегда положительно. Из теории и практики обра­ ботки металлов давлением известно, что если гидростатическое давле­ ние положительно и велико, то можно достичь весьма больших зна­ чений степеней деформации, не сопровождающихся разрушением.

Совместно с рядом других мер повышения деформируемости ма­ териалов при обработке давлением необходимо выбирать наиболее благоприятные -механические схемы формоизменения. Под термином «механическая схема» следует понимать сочетание схемы напряжен­ ного состояния и схемы деформации, причем определяющей является схема напряженного состояния. Наиболее благоприятными меха­ ническими схемами, затрудняющими возникновение и развитие микронарушений, образование местной локализации процесса формо­ изменения, дополнительных напряжений растяжения и др., являются схемы осадки и истечения (трехмерное сжатие с деформационными

. 31

При прочих равных условиях протекания процесса пластической деформации уменьшение числа растягивающих напряжений в схеме напряженного состояния и приближение ее к схеме трехмерного объемного неравномерного сжатия (увеличение гидростатического давления) обеспечивают повышение пластичности обрабатываемого материала.

Нами исследованы механические свойства холоднодеформирован­ ной стали У10 в диапазоне величин вытяжки от 1,16 до 2,65, полу­ ченных двумя методами обработки металла: волочением и ротацион-

Рис. 6. Зависимость относительного сужения ф стали марки У ІО от степени холодной [деформации.

ной ковкой. Во всем исследованном диапазоне степеней деформа­ ции металл, обработанный при большем гидростатическом давлении (ротационная ковка), имеет более высокие показатели пластичности, чем металл, обработанный по схеме волочения (рис. 6). Аналогичные выводы можно сделать из данных работы [46] о зависимости пластич­ ности алюминиевого сгілава от степени деформации и от схемы про­ изводства холоднокатаных труб (рис; 7). -

Итак, наиболее благоприятной схемой напряженного состояния при пластической обработке сдедует считать трехмерное неравно­ осное объемное сжатие и совершенно неприемлемой — трехмерное объемное растяжение, переводящее металл в хрупкое состояние (разрушение без заметных следов пластического течения).

Положительное влияние гидростатического давления на пластич­ ность обрабатываемого материала зависит от того, насколько удается задержать (или полностью устранить) развитие процессов межкри­ сталлитной деформации, обезвредить-влияние включений и жидких фаз, способствовать восстановлению внутризеренных и межзеренных связей и частично залечиванию микронарушений, а также снизить значения дополнительных растягивающих напряжений, неизбежно возникающих вследствие неоднородностей протекания всех реаль­ ных . деформационных процессов. •

32

Указанное обстоятельство можно проиллюстрировать методом сопоставления показателей пластичности металла, предложенных С. И. Губкиным. Показатель пластичности выражается формулой

___ I О I max •— g Cp

1_ 2|a|max ’

где аІШХ— максимальное по абсолютной величине главное напря­ жение.

8,1

15

10

Рис. 7. Зависимость пластич­ ности металла труб (сплав АМгб) от степени деформации и схемы процесса холодной

обработки давлением. g

I

Чем больше показатель а Х) тем пластичнее металл. Воспользо­ вавшись диаграммой пределов изменения показателя а и для раз­ личных схем главных напряжений можно записать: ,

для одноосного растяжения

1 а і = - Г ’

для трехмерного сжатия

Таким образом, при переходе от деформации по схеме одноосного напряженного растяжения к деформации по схеме трехмерного сжатия теоретически возможно увеличение пластичности обрабатываемого, металла в два с половиной раза.

Известно, что при переходе от линейного растяжения к объем­ ному пластичность может резко упасть, в некоторых случаях вплоть до изменения вязкого характера разрушения на хрупкий. В работе [13] для иллюстрации этого положения приводится пример сравни­ тельных испытаний на разрыв при комнатной температуре гладких и надрезанных образцов из сплава Бр.ОФ7-0,2. Для гладкого образца получен вязкий вид разрушения при относительном сужении 82,5%; образец с круговым надрезом разрушился с хрупким видом излома при относительном сужении площади шейки только 28%. В той же

работе для случая перехода от растяжения к осаживанию образцов из цинка ЦЗ, медного сплава Б2 и магния приводятся данные, сви­ детельствующие о резком повышении пластичности при осадке в области комнатных температур (устранение хрупкого излома). Большое количество аналогичных примеров можно найті-f в работе [14[.

Классическими в этом отношении являются опыты Кармана с мрамором и красным песчаником, продолженныеМ. В. Растегаевым, получившим величину осадки мрамора порядка 78% без разруше­ ния материала при условии обработки его под высоким гидростатиче­ ским давлением. Наивысшей прокатываемостью обладают материалы

втом случае, когда напряженное состояние при деформации наи­ более полно приближается к трехмерному неравномерному сжатию.

Наряду с хрупкими сплавами имеются такие материалы, которые плохо подвергаются прокатке, особенно в литом состоянии. Общее напряженное состояние по схеме нагружения позволяет деформиро­ вать и такой металл. Однако для устранения дефектов на кромках необходимо исключить неблагоприятное влияние дополнительных растягивающих напряжений, вызывающих нарушение сплошности металла в зоне своего действия. В технике разработан способ, умень­ шающий вредное влияние дополнительных напряжений: деформация

взамкнутом контуре («в рубашке»). Так, по данным работы [61] при прокатке в рубашке из тонколистовой углеродистой стали была получена деформация сплава ХН80 на 50%. Образцы, прокатан­ ные на ту же степень деформации без рубашек имели крупные рва­ нины на боковых кромках и плоскостях.

] Аналогичные результаты были получены при прокатке чугуна с обжатием 32%. Однако при использовании рубашек большой тол­ щины вследствие разной деформируемости пластичной оболочки и малопластичного сердечника последний под воздействием растяги­ вающих напряжений может разрушиться, и эффект рубашки ока­ жется отрицательным. Это было обнаружено при прокатке и ковке никелемолибденового сплава и стали ЭИ460. Пришлось разрабатывать метод, который бы создал специальные условия для получения только сжимающих напряжений во всех частях тела, деформируемого в обо­ лочке.

Положительное влияние ярко выраженного объемного сжатия (возникающего вследствие действия окружающих масс упругосжа­ того металла) на пластичность убедительно подтверждается испыта­ нием на твердость хрупких металлов, закаленной стали и чугунов. При этом испытании достигаются пластические деформации свыше 10% без видимых признаков нарушения сплошности испытываемого металла.

В реальных условиях обработки давлением неизбежно возни­ кают изменения схемы объемного напряженного состояния: в от­ дельных местах тела появляются дополнительные растягивающие напряжения, которые могут вызвать локальное развитие нарушений при общей наиболее благоприятной схеме объемного напряженного состояния. На местное воздействие дополнительных напряжений и искажение схемы объемного напряженного состояния, принятой

34