Файл: Контактное взаимодействие металла и инструмента при прокатке..pdf

относительным скольжением сопряженных тел без заметной пласти­ ческой деформации поверхностных слоев металла.

На II этапе начинается пластическая деформация металла, про­ исходит разрушение поверхностных пленок под действием нормаль­ ных и тангенциальных усилий. В результате этого в зоне контакта образуются ювениальные поверхности с контактированием чистых металлов, что приводит к возникновению узлов схватывания.

Развитие процессов схватывания на I и II этапах существенно зависит от микропрофиля поверхности и от механических свойств

контактирующих металлов. Контактирование металлических тел

сшероховатыми поверхностями происходит не по всей поверхности,

ана отдельных участках, в местах выступов и неровностей. В тех случаях, когда в результате приложения нормальных усилий в от­ дельных точках контакта возникающие напряжения превышают предел текучести металла, происходит интенсивная пластическая деформация разрушение поверхностных пленок и выход ювениальных

поверхностей в зону контакта. Таким образом, протяженность I и II этапов схватывания обусловлена качеством шлифования поверх­ ности и механическими свойствами поверхностных слоев испытуе­ мых металлов.

На III этапе развиваются и упрочняются узлы схватывания в по­ верхностных слоях, а глубинные слои металла подвергаются пласти­ ческой деформации. В процессе развития схватывания происходит перераспределение напряжений, сильное охрупчивание металла в зоне схватывания и разрушение узла схватывания в металле, обла­ дающем меньшей прочностью. В результате на образцах из стали 9Х образуются микронавары стали СтЗ (см. рис. 113, а, б).

Сопоставление зависимостей силы трения F от нагрузки Р для разных режимов термической обработки и шлифования показало, что для образцов, обработанных по схеме ВТМПО с последующим алмазным шлифованием, III этап процесса схватывания, т. е. обра­

165

зование и развитие узлов схватывания, начинается при нагрузках, значительно превышающих эти значения для образцов, испытан­ ных после закалки ТВЧ, ВТМПО и абразивной шлифовки. В первом случае значения нагрузок, при которых начинается образование

н алмазного шлифования (7), ВТМПО и абразивного шлифования (2), закал ­ ки ТВЧ и абразивного шлифования (3). Прямоугольниками отмечены соответ­ ствующие интервалы нагрузок и сил трения, в которых начинается схваты­ вание

зон схватывания, лежат в интервале 18—24 кгс. Во втором случае для обоих видов обработки Р = 11 -н 16 кгс (рис. 116).

Один из факторов, обусловливающий повышенное сопротивление схватыванию после ВТМПО и алмазного шлифования, — улучшение профиля поверхности, достигнутое в результате применения шлифо­ вальных кругов с синтетическими алмазами.

Рис. 117, Профнлограмма поверхности образцов после алмазного (7) и абразивного (2) шли­ фования

На рис. 117 приведены профилограммы, полученные после алмаз­ ного 1 и абразивного 2 шлифования указанных образцов. Хотя в обоих случаях чистота поверхности различалась мало (V9), про­ филь гребешков при алмазном шлифовании менее острый, чем при абразивном, что снижает площадь фактического контакта и умень­ шает возможности пластической деформации гребешков. Вследствие

166

шлифования по сравнению с алмазным ухудшаются прочностные

Рис. 119. Изменение микротвердостн (а) и полуширины В линии (1Ю)а (б) по глубине

образцов после ВТМПО и аЛмазного шлифования.(/) и ВТМПО и абразивного шлифования (2): штриховые линии — до испытаний на схватывание; сплошные — после испытаний

Снижение микротвердостн на 100 единиц после абразивного шли­ фования свидетельствует о протекании процессов отпуска закален­ ной структуры в поверхностных слоях металла. Исследование физи­ ческого состояния поверхностного слоя закаленной стали после шлифования абразивом показало, что шлифование характеризуется

167

повышенным давлением круга на выступы поверхности и, следова­ тельно, локальным импульсным воздействием тепла, а высокие ско­ рости резания и неблагоприятная геометрия абразивных зерен приводят к пластической деформации металла в зоне резания и к раз­ витию мгновенных температур выше Асх.

Практикой доказано [10], что вследствие уменьшения коли­ чества выделяемого тепла при алмазном шлифовании развиваются значительно менее высокие температуры, чем при абразивном, что обеспечивает высокую исходную твердость материала. Результаты измерения полуширины линии (110)а свидетельствуют также о том,, что степень наклепа и уровень внутренних напряжений при абра­ зивном шлифовании в поверхностных слоях металла выше, чем при алмазном шлифовании, что, очевидно, обусловлено неблагоприят­ ной геометрией абразивных зерен.

Таким образом, в результате ухудшения структуры при абразив­ ном шлифовании происходит снижение прочностных свойств поверх­ ностных слоев металла. Этим обстоятельством можно объяснить тот факт, что образцы, упрочненные термомеханической обработкой

споследующим абразивным шлифованием, имели ту же склонность

ксхватыванию, что и образцы, закаленные нагревом ТВЧ. Структурные исследования образцов после испытания на схваты­

вание показали, что под этой областью образуется зона отпуска, в которой микротвердость снижается на 300 — 400 единиц (см. рис. 119,а, сплошные кривые / и 2). Аналогично уменьшается и значение полуширины линии (110)а (см. рис. 119, б, сплошные кри­ вые / и 2). Вследствие локальности процесса образования зон схва­ тывания глубина зоны отпуска, определяемая по изменению микро­ твердости (см. рис. 119, а), имеет разные значения (от 0,1 до 0,5 мм). Наименьшая глубина зоны отпуска наблюдалась в образцах, обра­ ботанных по схеме ВТМПО с последующим алмазным шлифованием, которые обнаружили наименьшую склонность к схватыванию при испытаниях. Это свидетельствует о более низком уровне темпера­ тур, возникающих в зоне схватывания, по. сравнению с другими случаями. Глубина зоны отпуска, определенная по изменению ши­ рины линии (110)а для всех видов обработки, составляет 0,1 мм (см. рис. 119, б), что обусловлено усреднением по всей площади пучка.

После испытания на схватывание не обнаруживается зоны вто­ ричной закалки, наблюдавшейся при образовании наваров; следо­ вательно, в зоне контакта температура не превышала значения Асх.

Исследованиями установлено, что наибольшее сопротивление к схватыванию достигается после ВТМПО с последующим алмазным шлифованием.

В этом случае повышенное сопротивление схватыванию обусло­ влено упрочнением поверхности вследствие термомеханической обра­ ботки, улучшением микропрофиля поверхности в результате алмаз­ ного шлифования, отсутствием пережогов поверхности и снижением уровня внутренних напряжений по сравнению с абразивным шли­ фованием.

168

Г л а в а V

ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

1. МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОЧАГА ДЕФОРМАЦИИ

При проведении экспериментов на стане кварто 500 (205/360-500)

в продольном и поперечном сечениях очага деформации и участка контакта рабочего и опорного валков; 6) радиальную деформацию рабочего валка; 7) профиль полос до и после прокатки; 8) прогиб опорного валка; 9) сближение осей рабочего и опорного валков; 10) отметку момента времени, соответствующего прохождению месдозой линии центров рабочих валков.

Прокатку проводили в цилиндрических рабочих и опорных валках. Чистота обработки поверхности бочек опорных и рабочих валков составляла V8. Для исследования влияния выпуклости рабочих валков на распределение контактных напряжений по ширине полос и распределение обжатий применяли устройства принуди­ тельного изгиба (противоизгиба) рабочих валков. Скорость прокатки

Длина карточек, прокатанных без натяжения, составляла 800 мм, прокатанных с натяжением 1200 мм. Предварительно, очищенные ацетоном полосы прокатывали на сухих, тщательно протертых ацетоном валках.

При прокатке полос шириной 240 и 300 мм контактные напряже­ ния и деформации рабочего валка на участке контакта его с полосой фиксировали в двух, полос шириной 380 мм — в трех и полос 400 и 440 мм — в четырех сечениях одновременно. В контакте рабочего и опорного валков напряжения и деформации фиксировали в четырех сечениях по длине бочки валков.

Предел текучести образцов из алюминия и стали 08кп определяли на пластометре конструкции УЗТМ по методике, изложенной в ра­ боте [117]. Скорость деформации при испытании составляла 10 с -1,

Учто соответствовало средней скорости деформации металла при прокатке. Кривые упрочнения алюминия AIM и стали 08кп при холодной деформации приведены на рис. 120.

Усилие прокатки измеряли с помощью магнитоупругих месдоз [118] трансформаторного типа конструкции КБ ЦМА, разме­ щенных на стане под подушками нижнего опорного валка. Тари­ ровку месдоз проводили на стане, а также на испытательном гидра­ влическом прессе ПММ-500 (максимальное усилие 500 тс).

Крутящий момент измеряли по усилительной схеме с помощью проволочных тензодатчиков, наклеенных на тело шпинделей.

Экранированные провода от датчиков сопротивления проходили по наружной поверхности шпинделей сквозь универсальные шарниры и через осевые каналы в валках выходили на сторону, противопо­ ложную приводу.

Тарировку месдоз шпинделей производили при помощи рычага. Момент М, фиксируемый на шпинделях валков, при установив­ шемся процессе прокатки сострит из момента прокатки Мпр, момента сил, расходуемых на трение в подшипниках валков и в контакте рабочего и опорного валков Мтр и момента холостого хода Мх_х (т. е. момента на шпинделях при разведенных валках и отсутствии

полосы).

Запись осциллограммы после выхода полосы из валков позволила выделить Мпр из общего момента.

Если полосы прокатывали без предварительного поджатая вал­ ков, то отклонения шлейфов гальванометров от нулевых отметок позволяли найти сумму моментов холостого хода на верхнем и нижнем шпинделях 2 Мх. х. При этом усилие прокатки, фиксируемое месдозами, было равно нулю.

Прокатку тонких полос вели с предварительным поджатием вал­ ков. При выходе полосы из валков также измеряли моменты на шпинделях и усилие предварительного поджатая валков. Подобная запись позволяет найти момент добавочных сил, расходуемых на трение, при различных усилиях предварительного поджатая валков,

Рис. 120. Кривые упрочнения алюминия (а) и стали марки 08кп (С)

если исключить момент на трение перекатывания рабочего валка по рабочему. Учет .этого дополнительного момента выполнен в соот­ ветствии с рекомендациями работы [70].

Переднее и заднее натяжения полосы при прокатке измеряли при помощи специальных устройств. Для создания натяжения были

170