Файл: Поперечно-клиновая прокатка..pdf

но найденная методом муара при этапном деформировании образца; N — количество циклов нагружения.

Учитывая, что деформация на оси образца знакопере­ менная и сдвиг происходит по нескольким плоскостям, расположенным вдоль оси образца (Л = 1,2), а также то, что изменение степени обжатия вызывает изменение по­ казателя напряженного состояния, определим

Подставив соответствующие значения в формулу (49), определим количество циклов N, при котором вскрывает­ ся полость. Данные расчета сведены в табл. 5, где для сравнения представлены аналогичные экспериментально найденные результаты. При определении использовалась модель жестко-пластического тела, не учитывающая де­ формационного упрочнения. Поэтому имеется некоторое расхождение между расчетными и экспериментальными результатами при определении количества циклов нагру­ жения у упрочняющихся материалов алюминия и меди. Это вызвано, несомненно, влиянием реологии материала на кинематику пластического течения. В остальных слу­ чаях предложенная выше гипотеза достаточно точно описывает явление вскрытия полости.

Данный механизм разрушения характерен для метал­ лов с высокой пластичностью. Если же критическая сте­ пень интенсивности сдвига значительно ниже накоплен­ ной на оси за цикл нагружения, то разрушение наступает в начальный момент прокатки и начинается у контактной поверхности в том месте, где интенсивность скоростей деформации сдвига максимальна (см.-рис. 12, б).

На рис. 16 показаны различные виды разрушения ме­ таллов при поперечной прокатке: низкая пластичность

= 1000°).

Влияние температуры нагрева на процесс осевого раз­ рушения, как наглядно показано в табл. 5 и на рис. 20, а,

53

происходит за счет изменения пластичности материала. Все описанные выше эксперименты проводились на об­ разцах диаметром 20 мм с угловой скоростью прокатки 10 сект1. При этой скорости тепловые потоки компенси­ руются. При увеличении скорости прокатки теплоотдача уменьшается, что вызывает повышение температуры об­ разца. Так, с увеличением угловой скорости прокатки до 40 сек 1температура на оси заготовок 20 мм возрастает на 60 70 С. Это вызывает соответствующее изменение пластичности, следовательно, изменяется и количество циклов нагружения, при которых происходит вскрытие полости. На рис. 20, в показана экспериментально най­ денная зависимость количества циклов нагружения до разрушения от скорости прокатки. Кривые 1, 2, 3, 4 со­

ответствуют температурам нагрева заготовок 900’ 1000 1100, 1200 °С.

При определении момента разрушения исходят из то­ го, что при этом известны напряженно-реформированное состояние и деформируемость материала. Очевидно, воз­ можна и обратная постановка задачи: по свойствам мате­ риала и одному из параметров напряженно-деформиро­ ванного состояния определяется другой. Рассмотрим случаи, в которых целесообразен указанный метод.

Вариант 1. Известны показатели деформируемости нескольких материалов и показатель напряженного со­ стояния, постоянный в процессе деформации. Для опре­ деления степени интенсивности сдвига при постоянных параметрах процесса деформируют два образца из раз­ личных материалов с близкими свойствами, подобранны­ ми таким образом, чтобы только в одном из образцов происходило разрушение. Степень интенсивности сдвига исследуемого процесса будет находиться в пределах между критическими степенями интенсивности сдвига обоих материалов при соответствующем показателе напряженного состояния. Отметим, что найденная степень интенсивности сдвига определена не в произвольном объ­ еме, а только вдоль одной определенной линии тока, заканчивающейся местом разрушения.

Вариант 2. Известны показатели деформируемости нескольких материалов и степень интенсивности сдвига исследуемого процесса, для которого показатель напря­ женного состояния постоянен. Для определения показате­ ля напряженного состояния, так же как и в варианте 1,

55

деформируют два образца таким образом, чтобы только в одном из них произошло разрушение. Показатель напряженного состояния исследуемого процесса будет находиться в пределах между показателями напряжен­ ного состояния исследуемых материалов, при которых критическая степень интенсивности сдвига равна степени интенсивности сдвига процесса.

Вариант 3. Исходные условия те же, что и в варианте 2. Кроме того, известно, что деформация возрастает про­ порционально одному из параметров, например переме­ щению инструмента. В этом случае процесс ведут только

интенсивности сдвига равна степени интенсивности сдви­ га процесса от начала до момента разрушения.

Вариант 4 отличается от варианта 3 тем, что процесс происходит со знакопеременным нагружением. В этом случае показатель напряженного состояния процесса ра­

Вариант 5. Известны свойства нескольких материалов и известно, что в процессе испытания показатель напря­ женного состояния остается постоянным, а деформация возрастает пропорционально одному из параметров процесса. Пусть нагружение носит знакопеременный ха­ рактер и накопленная деформация пропорциональна количеству циклов нагружения.

Два образца из материалов с различными свойствами деформируют доразрушения. Представляется возмож­ ным определить отношение критической степени интен­ сивности сдвига одного материала к другому:

___ А^і (1 -f- InAg

(5 1 )

5 6

где N 1 — количество циклов нагружения одного материа­ ла; N2— количество циклов нагружения другого мате­

риала.

Для большинства материалов отношение (51) являет­ ся величиной, зависящей от показателя напряженного состояния. Пользуясь подобной зависимостью, можно определить показатель напряженного состояния процес­ са, а затем степень интенсивности сдвига до разрушения и за один цикл.

При помощи варианта 5 было определено напряжен­ но-деформированное состояние на оси заготовки при по­ перечной прокатке плоскими плитами. Отношение длины заготовки к диаметру изменялось от 0,5 до 2, причем про­ катку вели с «жесткими» или свободными концами. «Жесткими» концами принято называть торцовые части заготовки, которые не соприкасаются с инструментом. В связи с тем что при прокатке заготовок с отношением длины к диаметру меньше 2 начинает сказываться осевая вытяжка, постоянную степень обжатия в процессе про­ катки обепечивали наклоном одной из плит к оси прокат­ ки. Угол наклона подбирался экспериментально.

Прокатка с «жесткими» или свободными концами не оказывает заметного влияния на степень интенсивности сдвига, однако значительно сказывается на показателе напряженного состояния. При прокатке с «жесткими» концами показатель напряженного состояния зависит главным образом от степени обжатия, при прокатке со свободными концами он зависит также от 'отношения длины заготовки к диаметру, причем с уменьшением это­ го отношения снижается показатель напряженного со­ стояния. С уменьшением отношения длины заготовки к диаметру (при прокатке с «жесткими» концами под дли­ ной понимают только часть заготовки, соприкасающую­ ся с инструментом) снижается степень интенсивности сдвига. При прокатке со свободными концами с измене­ нием отношения длины к диаметру от 2 до 0,5 схема на­ пряженно-деформированного состояния центральной ча­ сти заготовки изменяется от близкой к плоско-деформи­ рованной до близкой к плоско-напряженной. При этом гидростатическое давление на оси заготовки изменяется от

о — (оу + <т3) (52)

57

до

о ■-= (<А + Оз)- (53)

Из сравнения формул (52), (53) нетрудно видеть, что пр растягивающих напряжениях, т. е. когда они положи­ тельны, показатель напряженного состояния действитель­ но должен снижаться при уменьшении отношения длины заготовки к ее диаметру.

Анализируя результаты исследований, можно сделать вывод, что для увеличения ресурса пластичности мате­ риалов прокатку следует вести с минимальным отношени­ ем ширины контакта к диаметру. Отсутствие «жестких» концов, как правило, тоже увеличивает ресурс пластич­ ности.

Итак, сопоставление результатов исследования напря­ женно-деформированного состояния с осевым разрушени­ ем материала при поперечной прокатке позволяет сделать однозначный вывод: причиной вскрытия полости является деформация, которая превышает предельную деформи­ руемость металла в условиях, которые реализуются на оси образца во время прокатки.

3. Экспериментальные методы определения деформируемости

Для достаточно строгого определения деформируемо­ сти требуется такое (назовем его «идеальное») испыта­ ние, которое позволило бы:

а) поддерживать показатель напряженного состояния постоянным во время испытания и по всему объему де­ формируемого материала;

вать момент разрушения;

е) поддерживать постоянным температурно-скорост­ ные условия нагружения.

58