Файл: Пластическое деформирование металлов [сборник статей]..pdf

значение cts увеличивается, а пластичность стали уменьшается [1, 3|. Появление площадки текучести на диаграмме зависимости а, = Oi (ег) приводит при штамповке к образованию полос сколь­ жения на поверхности штампованных деталей, что обычно явля­ ется неисправимым браком.

Как показывают экспериментальные исследования, скорость старения уменьшается при увеличении степени предварительной деформации листа, т. е. при увеличении обжатия при дрессировке [1, 20]. Однако при увеличении обжатия пластичность стали умень­ шается, вследствие чего этот регулирующий скорость старения фактор оказывается сильно ограниченным.

Другим фактором, оказывающим большое влияние на скорость старения, являются остаточные напряжения в листовом металле. Многочисленными экспериментальными исследованиями доказано, что чем больше остаточные напряжения в листовом металле, то тем больше время его старения [1, 16, 18, 20—22 и др.]. Время старения определяется как время появления у дрессированного листового металла при хранении площадки текучести определен­ ной длины. Как доказано экспериментально, остаточные напря­ жения замедляют скорость старения в сотни и тысячи раз [22],

На существенное влияние остаточных напряжений на скорость старения обратил внимание Н. Поляковский, который показал экспериментально, что если перед старением прокатанные, воло­ ченные или деформированные скручиванием образцы подвергнуть небольшому растяжению, то площадка текучести при старении образцов появляется значительно быстрее [18]. Аналогичный ре­ зультат был получен экспериментально и для образцов из дресси­ рованной листовой стали [20, 22]. Указанные результаты объяс­ няются тем, что растяжение образцов резко уменьшает величину остаточных напряжений в них, что в свою очередь влечет за собой сильное уменьшение времени старения. По аналогичной причине время старения резко уменьшается при легкой правке дрессиро­ ванного листового металла на ролико-правильной машине, а так­ же при снятии поверхностных слоев у листового металла, что вы­ зывает значительное уменьшение остаточных напряжений [16,18].

Площадку текучести у листового металла устраняют на прак­ тике дрессировкой, правкой на ролико-правильных машинах или растяжением листов на растяжных листоправильных машинах. Наибольшая величина остаточных напряжений в листовом метал­ ле возникает в дрессированном листовом металле, когда остаточ­ ные напряжения могут достигать 90% от предела текучести [7,9]. Как показывают результаты решения задачи о пластическом из­ гибе прямоугольной полосы [23, 24], при однократном изгибе лис­ тового металла величина максимальных остаточных напряжений не может превышать значения 0,5 as. При многократных переги­ бах полосы с уменьшающейся кривизной, что характерно для прав­ ки листового металла на ролико-правильных машинах, величина остаточных напряжений будет значительно меньшей. При одно-

осном растяжении листов, характерном для растяжных листопра­ вильных машин, остаточные макронапряжения в листовой стали не возникают.

Экспериментальные исследования показывают, что для фикси­ рованной деформации в соответствии с величиной остаточных на­ пряжений при хранении листовой стали наиболее быстро площад­ ка текучести обнаруживается у металла, подвергнутого деформа­ ции на растяжной правильной машине, позже у металла, подверг­ нутого правке на ролико-правильной машине, и в последнюю оче­ редь у дрессированного листового металла [1, 16, 21]. В работах [1, 16] приведены графики экспериментальных зависимостей вре­ мени старения от величины остаточных напряжений.

Большой практический интерес представляет вопрос о време­ ни старения листового металла в разных направлениях. Теорети­ ческие результаты показывают, что остаточные напряжения в дрес­ сированном листовом металле в направлении прокатки в 2 раза превышают остаточные напряжения, действующие в поперечном направлении листа [3,7—12]. Поэтому в свете изложенного выше следует ожидать, что площадка текучести при старении листового металла будет появляться раньше в поперечном направлении, а потом уже в продольном. Действительно, для дрессированной ли­ стовой стали это явление было обнаружено экспериментально мно­ гими исследователями [16, 18, 25]. Так, например, в работе [25] приведены экспериментальные результаты для стали 08кп, продрессированной с обжатием АН/Н = 1,55% и состаренной в те­ чение 1,5 месяца при комнатной температуре. После старения ока­ залось. что образцы, вырезанные поперек направления прокатки, обнаруживали площадку текучести, протяженность которой бы­ ла в 2—5 раз больше, чем у продольных образцов.

На характер старения образцов в разных направлениях ока­ зывает влияние и направленный характер предшествующей де­ формации, вызывающей локальную анизотропию деформируемой среды. Как показали экспериментальные исследования, достаточ­ но большая пластическая деформация одного направления сопро­ вождается изменением скорости старения металла в разных на­ правлениях [1]. Так в опытах Ф. Типпера образцы из листового металла подвергались одноосному растяжению с относительными деформациями порядка 10%. Было показано экспериментально, что площадка текучести при старении в этом случае появляется раньше для направления предшествующего растяжения, чем для поперечного [1]. Указанный эффект при достаточно больших об­ жатиях при прокатке может преобладать над эффектом влияния разности остаточных напряжений в продольном и поперечном на­ правлениях. Итоговый результат старения зависит от совместного действия этих двух различных факторов. В работе [16] показано экспериментально, что уже при обжатиях в 6,25% площадка текучести при старении начинает появляться раньше у продольных образцов из прокатанного листового металла, чем у поперечных.

34

Рассмотрим теперь коротко основные экспериментальные дан­ ные по влиянию диаметра и шероховатости валков дрессировочно­ го стана на свойства листового металла.

Для дрессировки характерны большие значения отношения ра­ диуса валков R к толщине Н прокатываемой полосы. Так, напри­ мер, при дрессировке жести отношения R/H достигают значений порядка 1000. Это приводит к тому, что отношение длины контакт­ ной области L к толщине полосы Н может доходить при дрессиров­ ке до значений L/H — 30 ч- 40 и более. Обжатия малы и угол за­ хвата а при дрессировке обычно весьма мал (а < 20'). Поэтому для анализа распределений напряжений и деформаций в дресси­ рованном листовом металле принимается допущение о том, что указанные распределения будут такими же, как и при упруго­ пластическом сжатии тонкой полосы между параллельными пли­ тами. Кривизна валков влияет на распределение ог, ег и остаточ­ ных напряжений качественно так же, как и контактное трение. Действительно, рост кривизны валков увеличивает неравномер­ ность деформации дрессируемой полосы по ее сечению, т. е. дей­ ствует так же, как увеличение контактного трения. Однако значе­ ние интенсивности деформаций ег0 в центре полосы зависит только от величины обжатия и не зависит от кривизны валков и контакт­ ного трения [9—11]. Поэтому в принципе можно найти значение контактных касательных напряжений, отвечающее имеющейся в дрессированной полосе неравномерности распределения а г, ег и остаточных напряжений. Таким образом можно включить влия­ ние кривизны валков на указанные распределения напряжений и деформаций в значение коэффициента пластического трения о.

Опубликованные экспериментальные результаты подтвержда­ ют указанные соображения. Например, экспериментальные ис­ следования распределений микротвердости по поперечному сечению дрессированной полосы показывают, что с уменьшением диаметра валков твердость поверхностного слоя увеличивается по отноше­ нию к твердости центрального слоя [1]. Таким образом, умень­ шению диаметра валков в этих экспериментах отвечало изменение 0 г, аналогичное происходящему при увеличении контактного тре­ ния. Экспериментальные исследования остаточных напряжений в дрессированном листовом металле также обнаружили тенден­ цию к их увеличению при уменьшении диаметра валков. Вследст­ вие этого площадка текучести при старении появлялась позже на листовом металле, подвергнутом дрессировке на валках меньшего диаметра [1, 15, 16].

При фиксированной величине обжатия одновременно с умень­ шением диаметра валков уменьшается длина контактной области. Это явление при достижении достаточно малых отношений L/H вызывает уменьшение контактных сил трения и их влияния на не­ однородность деформации листового металла. В соответствии с этим экспериментальные исследования показали уменьшение вли­ яния степени шероховатости валков на величину остаточных на-

2* 35

пряжений при уменьшении их диаметра [1]. При малых обжатиях, характерных для процесса дрессировки, повышение шероховато­ сти валков может привести к уменьшению средней величины кон­ тактных сил трения вследствие резкого уменьшения фактической площади контакта. Это явление изучено экспериментально в ра­ ботах [26, 27]. При дрессировке, ведущейся с обжатиями менее 1,5—2,0%, это явление уменьшает усилие дрессировки и остаточ­ ные напряжения в листовом металле. Указанные явления наблю­ дались экспериментально при дрессировке жести с обжатиями по­ рядка 1,0% на валках, подвергнутых дробеструйной обработке [1, 28, 29], но до недавнего времени не имели объяснений.

Изложенное показывает, что с точки зрения создания наиболь­ шей неоднородности распределения деформаций по сечению дрес­ сированного металла и возникновения в нем наибольшей величи­ ны остаточных напряжений должен существовать оптимальный диаметр валков дрессировочного стана с оптимальной шерохова­ тостью.

Спривлечением теоретических положений рассмотрим вопрос

овеличине обжатия, устраняющего площадку текучести при дрес­ сировке.

Длина площадки текучести определяется величиной интенсив­ ности деформаций ги, отвечающей концу площадки текучести на диаграмме зависимости ot = о* (е;) (см. рис. 1 в работе [11]).

Наличие площадки текучести на диаграмме а,- = Og (;*) приво­ дит при листовой штамповке к образованию полос скольжения на поверхности штампованной детали, что является обычно неис­ правным браком [1, 3, 23|. Поэтому одним из основных требова­ ний, предъявляемых к дрессировке, является устранение площад­ ки текучести у листового металла. При этом стараются устранить площадку текучести с возможно меньшей величиной обжатия, что­ бы сохранить как можно большей пластичность листового ме­ талла.

Интенсивности напряжений Og и деформаций Eg распределяют­ ся неравномерно по сечению дрессированного листового металла. Если рассмотреть теоретические эпюры распределения интенсив­ ностей деформаций по поперечному сечению тонкой деформиро­ ванной полосы (рис. 2), то видим, что еi максимальна у контактной поверхности полосы и минимальна в центре. Аналогичный харак­ тер имеют эпюры распределения Og по поперечному сечению тонкой полосы [9]. Распределение ot и Eg по сечению дрессирован­ ного листового металла можно найти экспериментально по распре­ делению микротвердости Нт по ее сечению при помощи тарировоч-

пределению микротвердости в дрессированном листовом металле подтверждают теоретические результаты по характеру распреде­ ления Og и Eg по поперечному сечению [1,3]. Распределение интен­ сивностей напряжений о( по сечению тонкой деформированной

36

полосы используется в работе [271для построения эпюры распреде­ ления контактных касательных напряжений.

Очевидно, что площадка текучести у дрессированного листового металла будет отсутствовать, если значения интенсивностей де­ формаций во всех точках поперечного сечения листа будут превы­ шать деформацию ец, отвечающую концу площадки текучести. Од­ нако такое требование будет избыточным, так как вследствие не­ равномерного распределения е,- по сечению площадка текучести у

о

дрессированного листового металла исчезает значительно раньше. Действительно, наличие в центральных слоях дрессированной по­ лосы значений интенсивностей деформаций, отвечающих площад­ ке текучести, будет компенсироваться тем, что в поверхностных слоях значения ег будут отвечать участку пластического упрочне­ ния. Экспериментальные исследования, в которых травлением или механической обработкой снимались наружные слои у дрессиро­ ванного металла, действительно показали наличие площадки те­ кучести у центрального слоя листа, тогда как весь лист в целом

еене обнаруживал [1, 18J.

Всвете изложенного представляется целесообразным выдви­ жение в качестве первого приближения следующего принципа об устранении площадки текучести у дрессированного листового ме­ талла:

площадка текучести при дрессировке будет устранена, если среднеинтегральное по толщине полосы значение интенсивности

деформаций eic станет равным или превысит величину интенсив­ ности деформаций ег, отвечающей концу площадки текучести на диаграмме ot — нг (вг).

Математическая формулировка этого принципа записывается в виде

Я 2

(1)

—Я /2

Для идеально пластической полосы значение среднеинтеграль­ ной по толщине полосы интенсивности деформаций определяется по формуле [7, 9]

37