Файл: Поперечно-клиновая прокатка..pdf

Из этих предпосылок нетрудно определить, что крити­ ческая степень интенсивности сдвига будет равна

Графическое отображение зависимости (42) представлено на рис. 17, б (кривая 1). Отметим ее некоторые особенно­ сти. При напряженном состоянии, равном (а/Т)ю, критиче­ ская степень интенсивности сдвига стремится к бесконечно­ сти, т. е. создаются условия сверхпластичности: материал практически невозможно разрушить. При напряженном

состоянии (сг/ТО (а/7% -(-За) критическая степень интенсив­ ности сдвига равна 25, т. е. при дальнейшем сколь угодно большом увеличении показателя напряженного состояния критическая степень интенсивности сдвига практически не уменьшается. Несомненно, что это справедливо до тех пор, пока растягивающие напряжения не превысят предела прочности на отрыв — когезионной прочности материала, приводящей к разрыву межатомных связей.

Для описания деформируемости материала необходимо

знать три его константы: (а/7%, 5, а. Первые две ограни­ чивают область, в которой существует критическая степень интенсивности сдвига данного материала, двумя прямыми линиями, параллельными осям Лкр = 25, а/Т = (а/7% .

Дисперсия вероятностного распределения показателя нап­

ряженного состояния о определяет, насколько близко кривая деформируемости подходит к пересечению этих прямых.

Для практических целей необхрдима только часть всей области существования критической степени интен­ сивности сдвига. Так, например, при клиновой прокатке показатель напряженного состояния на оси образца из­ меняется в пределах —0,2>о/7>1,5. Относительно точ­ но в этом диапазоне (ошибка до 15%) кривую деформи­ руемости описывает эмпирическая зависимость (рис. 17, б, кривая 2)

~Т

4 5

Современное развитие теории и экспериментальной методики не позволяет непосредственно определить дис­ персию распределения напряжений в микрообъемах, по­ этому доказательством правильности предложенной здесь гипотезы служит совпадение экспериментально найденных и теоретических значений критической степе­ ни интенсивности сдвига (экспериментальные точки по­ казаны на рис. 17, б). Аналогичное совпадение обнаружи­ вается и па друТих, произвольно выбранных материалах.

Следующим внешним фактором, влияющим на дефор­ мируемость материала, является температура. «Залечи­ вание» микротрещин может происходить без деформаций за счет рекристаллизации и диффузионных процессов, которые начинаются при повышенных температурах и до­ статочно большом времени выдержки. Деформация зна­ чительно увеличивает скорости диффузии и рекристал­ лизации. Поэтому с повышением температуры увеличи­ вается деформируемость материалов. Если деформация протекает длительное время или в процессе ее произво­ дят промежуточные термообработки, следует учитывать дополнительное увеличение деформируемости, пропор­ циональное времени выдержки. Изменение фазового со­ стояния материала при повышенных температурах вы­ зывает резкое, скачкообразное изменение его свойств, приводящее к изменению пластичности. Если при повы­ шении температуры в сплаве изменяется количественное соотношение фазовых компонентов, то, несомненно, уве­ личение температуры, несмотря на то что фазовые ком­ поненты не изменяются, может вызвать и уменьшение деформируемости, что на практике, однако, бывает очень

редко. Обычно деформируемость в этом случае увели­ чивается.

Изменение скорости деформации в том диапазоне, который применяется для клиновой прокатки, непосред­ ственно не оказывает влияния на деформируемость боль­ шинства материалов. Влияние скорости сказывается кос­ венно за счет изменения теплового баланса, связанного с генерированием тепла в процессе деформации и теплопе­

редачей от заготовки к инструменту и в окружающую среду.

Как известно, пластическая деформация осущест­ вляется путем сдвига по определенным плоскостям. Ис­ следования показали, что критическая степень интенсив-

46

пости сдвига, кроме перечисленных выше факторов, за­ висит также от количества плоскостей сдвига и ориента­ ции их относительно элементарного объема образца. Проиллюстрируем это на следующем примере. В не­ скольких образцах из меди равномерно по всему объему был произведен сдвиг по параллельным плоскостям на различную величину: Л = 2, 4, б, 8. Затем из полученных заготовок вытачивались цилиндрические образцы так,

Рис. 18. Зависимости остаточной деформации от накопленной (а) и накопленной деформации от количества циклов нагруже­ ния (б) при циклическом нагружении: 1 — свинца СО; 2 — алюминия АД-1; 3 — меди М2

чтобы плоскость сдвига составляла угол 45° к продоль­ ной оси цилиндра. Испытанием на растяжение определя­ лась остаточная пластичность образцов. Результаты эк­ сперимента приведены на рис. 18, а (прямая 1). Умень­ шение деформируемости, как видно из рисунка, происхо­ дит прямо пропорционально накопленной деформации, что подтверждает основное положение теории, предло­ женной В. Л. Колмогоровым [42]. Образец, у которого накопленная сдвигом деформация была равна 8, вероят­ но, разрушился в первой стадии эксперимента, так как при испытании на растяжение он разорвался хрупко, показав при этом незначительный предел прочности.

Далее исходные образцы вновь деформировали путем сдвига, но плоскость сдвига после очередного нагруже­ ния на А—2 поворачивалась на 45° вокруг продольной оси образца. Таким образом, накопленную деформацию доводили до Л = 8 . Испытание на растяжение показало, что остаточная пластичность в этом случае равна 0,55 (точка 2, рис. 18, а). Это говорит о том, что увеличение

47

количества плоскостей сдвига приводит к увеличению критической степени интенсивности сдвига.

Приведенные данные объясняют, почему критическая степень интенсивности сдвига, полученная при испытании на растяжение, при котором деформация в элементарном объеме осуществляется по множеству плоскостей, распо­ ложенных под углом 45° к оси образца (о/Г=0,58), боль­ ше аналогичного параметра при испытании на скручива­ ние тонкостенной трубы, при котором та же деформация

где А — коэффициент, учитывающий повышение крити­ ческой степени интенсивности сдвига с увеличением ко­ личества плоскостей сдвига.

Еще одним внешним фактором, влияющим на дефор­ мируемость материала, является направление деформа­ ции. Различаются два вида деформации: монотонная, протекающая в одном направлении, и знакопеременная, когда сдвиг по плоскостям осуществляется вначале в од­ ном направлении, затем в противоположном, потом вновь в первоначальном и т. д. Примером подобной де­ формации может служить деформация при знакопере­ менном кручении трубы.

Известно [43], что накопленная до разрушения при циклическом нагружении деформация тем больше, чем меньше амплитуда за один цикл. Согласно работе [42], для симметричного цикла нагружения зависимость меж­ ду накопленной деформацией за один цикл Лѵ, количест­ вом циклов нагружения N, предшествующих разруше­ нию, и критической степенью интенсивности сдвига ЛКр, которая определена для монотонного процесса при про­ чих равных условиях, записывается так:

где у —-константа материала, которая, как показала эк­ спериментальная проверка, зависит от изменения пока­ зателя напряженного состояния. Из-за сложности экспе-

48

рименталыюго отыскания константы пользоваться зависимостью (45) можно в ограниченных случаях.

На рис. 18, б показана экспериментально найденная зависимость между накопленной деформацией AVN и ко­ личеством циклов нагружения N, предшествующих раз­ рушению. Данные получены при монотонном, симметрич­ ном и пульсирующем скручиваниях тонкостенной трубы (рис., 19, в), изготовлен­ ной из технически чистого свинца (рис. 18, б, кри­ вая 1), алюминия АД-1 (кривая 2) и меди М2

Рис. 19. Образцы для испыта­ ния на растяжение (и), растя­ жение с концентратором (б) и кручение тонкостенной тру­ бы (а)

(кривая 3). Наглядно видно, что представленные графи­ ческие зависимости могут быть аппроксимированы урав­ нением

при іѴ> 1.

Анализ количественных значений приведенных вели­ чин позволил принять допущение tgYo=AKp, которое от­

Отметим, что формула (47) справедлива как при симмет­ ричном, так и при пульсирующем нагружении и приме­ нима при условии постоянства показателя напряженного состояния в процессе деформации.

2. Разрушение при поперечной прокатке

Вопросам осевого разрушения при поперечной про­ катке посвящено значительное количество исследований [44, 45]. Суждение о механизме разрушения носит проти­ воречивый характер; влияние технологических факторов

на него также трактуется различно, что вызвано разно­ образными условиями постановки экспериментов и раз­ ными методами обработки опытных данных. Как прави­ ло, исследуются пестац’ионарные процессы прокатки или

эксперимента. Для того чтобы в центральной части заго­ товки выполнялось плоско-деформированное состояние, отношение длины заготовки к ее диаметру бралось бо­ лее 2. Прокатка осуществлялась плоскими плитами, рас­ стояние между которыми было постоянным. Оба эти условия позволили создать в центральной части заготов­

20 мм из сталей 45, Ст. 5, Р18 в области 800—1200 °С и

скорость прокатки, степень обжатия и количество оборо­ тов заготовки. После прокатки образец в центральной части надрезался, после чего его ломали. Наличие или отсутствие полости определялось на изломе визуально. Подобный метод достаточно прост, надежен и менее тру­ доемок, чем, например, метод просвечивания на рентге­ новской установке.

Экспериментально установлено, что полость вскрыва­ ется после определенного количества циклов нагружения (один оборот заготовки соответствует двум циклам нагру­ жения). Для стали 45 зависимость между количеством циклов нагружения, при которых вскрывается полость, и степенью обжатия показана на.рис. 20, а. Область слева от кривой 2 (температура нагрева 1000°С) характеризу­ ется отсутствием осевого разрушения, область справа от кривой — вскрытием полости. С увеличением степени об­ жатия полость вскрывается при меньшем количестве циклов нагружения. Кривые 1, 3, 4 характеризуют анало­ гичные зависимости при температурах 900, 1100, 1200°С соответственно.

50