CC BY
34
Серия «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ И МАТЕРИАЛЫ»
Исследование распределения пластической деформации по толщине
стальных полос
д.т.н. Алдунин А.В., Шумеев А.В.
Университет машиностроения тел.: (495) 223-05-23, доб. 1282, [email protected]
Аннотация. Проведено исследование распределения деформации по толщине клиновых образцов, полученных с помощью горячей прокатки. Применительно к данным условиям при прокатке в широкополосном стане распределение деформации по толщине полос оценивали методом винтов, а характер структуры уточняли металлографическим методом. Приведены графики распределения деформации в образцах и фотографии структуры. Представлены графики неоднородности накопленной деформации по толщине предварительно выдавленной технологической канавки.
Ключевые слова: неравномерность деформации, прокатка, метод винтов, структура металла.
Надежность работы конструкций, изготовленных из горячекатаных стальных листов, существенно зависит от равномерности структуры и свойств стали по толщине листов. Поэтому при прокатке стальных полос и листов важен характер распределения пластической деформации по их толщине.
Изучению локализации деформации при горячей листовой прокатке посвящены работы многих авторов [1, 2, 3] и др. Известно, что основное влияние на распределение деформации по толщине прокатываемых полос оказывает отношение длины дуги захвата к средней толщине полосы в очаге деформации 1д/Иср.
В данной работе применительно к условиям горячей прокатки в чистовой группе непрерывного широкополосного стана (НШС) распределение деформации по толщине полос оценивали методом винтов [11], а характер структуры уточняли металлографически.
Исследования выполняли на лабораторном высокоскоростном двухвалковом стане 250 с чугунными валками диаметром 274 мм. Прокатывали клиновидные образцы размером 5(10)х30*150 мм (рисунок 1) из стали СтЗсп химического состава, %: C 0,15; Mn 0,52; Si 0,22; S 0,037; P 0,019 и Al 0,052.
Рисунок 1. Исходный образец для прокатки
При этом моделировали все основные технологические параметры: температуру прокатки Т = 785 - 1070°С; среднее относительное обжатие 8ср = 15 - 30%; скорость прокатки V = 5 м/с и, соответственно, среднюю скорость деформации и ~ 90 с-1; отношение 1дНср= 2,1^2,6. Для исключения влияния размера исходного зерна аустенита при разных температурах про-
Серия «Технология машиностроения и материалы» катки все образцы аустенизировали при 1100°С.
Через 2,5 с после выдачи из печи образец задавали в зазор между валками. Относительная деформация за проход менялась в пределах 0 - 50 % по длине клиновидного образца. После прокатки и выдержки на воздухе образец сбрасывали в закалочный бак с 12 %-ным раствором ЫаС1 для фиксации полученной структуры.
Прокатанные образцы были разрезаны поперек направления прокатки по осям винтов. Шаг винтов, продеформированных вместе с образцами, измеряли в плоскости приготовленных шлифов по всей толщине образцов при помощи оптического микроскопа с точностью до
1 мкм. По полученным величинам среднего исходного 10 и деформированного 1 шагов
резьбы подсчитывали относительную деформацию 8 каждого шага: 8 = (10 -1)110 • 100%. Была оценена достоверность полученных опытных данных. Для винтов М3, имеющих средний исходный шаг резьбы 10 = 500 мкм, среднеквадратическое отклонение ^^ составляло
5,46 мкм. На рисунке 2 с надежностью Р = 0,95 и доверительной оценкой е = 2% приведены для сравнения две кривые распределения деформации по толщине образцов, прокатанных на толщину 5 мм.
123456789 ю Низ Номер витка резьбы Верх
Рисунок 2. Распределение относительной деформации по толщине образцов, прокатанных при Т = 785°С и средней деформации: 1 - £ср= 15 %; 2 - £ср= 23 %
В тех же поперечных сечениях образцов травлением в концентрированном водном растворе пикриновой кислоты с добавкой нескольких капель синтола выявлена структура металла.
Как видно из полученных опытных данных, при 8ср = 15 % (см. рисунок 2) имеется существенная неравномерность деформации по толщине прокатанного образца - на глубине 1 мм 8 = 10 %, а в поверхностном слое 8 = 21 %. С увеличением среднего относительного об-
Рисунок 3. Структура поверхностного слоя образца (а) и на глубине 0,6 мм (б)
На рисунке 3 представлены фотографии структуры поверхностного и внутреннего слоев образца, прокатанного при Т = 785°С и 8ср= 15 %, охлажденного в воде через 9 с после прокатки. Структура в поверхностном слое в виде продуктов неполного превращения (феррита, аустенита и частично сорбита) получена более мелкая (рисунок 3 а), чем на глубине 0,6
мм от поверхности (рисунок 3б).
Рекристаллизация внутреннего слоя образца, как видно, прошла по критическому механизму и величина критической степени деформации 8кр составила около 12 % (рисунок 2).
Таким образом, при разработке режимов горячей прокатки стальных полос с целью получения более равномерных по толщине структуры и свойств металла относительное обжатие в клетях чистовой группы НШС следует выбирать с учетом характера распределения деформации по толщине раската.
Неоднородность деформации по толщине листа наблюдается и при деформации в холодном состоянии [4 - 10]. Особенно это становится актуальным при рассмотрении процесса деформации листового металла при выдавливании в полосе канавки катящимся индентором. Этот процесс существенно отличается и от процесса внедрения индентора одновременно по всей длине деформируемой канавки [4, 5].
В процессе выдавливания канавки имеет место существенное упрочнение металла. В теоретическом расчете оно отражено с помощью параметра е0. Предпосылка, что процесс формирования дна канавки можно представить как простую осадку, как показали исследования, оказалась неприемлемой. В действительности осредненное значение е0 значительно
меньше величины е =
1п| \
Форма и размеры индентора, производящего выдавливание канавки, показаны на рисунке 4.
На силовые параметры процесса существенно влияет коэффициент трения, поэтому для выдавливания катящимся концентратором использовали смазку.
В результате воздействия на листовой материал в нем выдавливаются канавки-концентраторы трапециевидного сечения, обратные профилю, представленному на рис. 4.
Для экспериментов использовались листовые образцы из малоуглеродистой стали 08кп толщиной 0,64 и 0,79 мм.
После выдавливания канавки производился замер ее глубины.
Измерение величины выдавленной канавки производилось с точностью до 0,005 мм.
Для определения накопленной деформации и свойств материала в зоне канавки использовался метод твердости Деля. Сущность его заключается в возможности оценки накопленной материалом деформации по значениям его твердости.
Рисунок 4. Профиль индикатора для выдавливания технологической канавки
Образец с выдавленной катящимся индентором канавкой разрезался в поперечном направлении. На срезе приготавливался микрошлиф и в зоне деформации измерялась микротвердость. Испытания проводились на приборе ПМТ-3.
Результаты исследований показали, что распределение твердости по сечению канавки неравномерное (рисунок 5). Кроме того, характер распределения твердости значительно меняется при возрастании относительной глубины канавки в материале.
Твердость не остается постоянной и по ширине канавки. Наибольшая твердость имеет
место по оси канавки, и ее значения постепенно снижаются к границам канавки.
0,35 0,3
0,3-0,35
■ 0,25-0,3 | 0,2-0,25 | 0,15-0,2 I 0,1-0,15
■ 0,05-0,1 | 0-0,05
0,03
-0,2 0,21 Д11/11П
а) относительная глубина (Ь0 - 80)/Ъ0 = 0,21
б) относительная глубина (^ - 80)/Ь0 = 0,33
в) относительная глубина (Ь0 - 80)/Ь0 = 0,54 Рисунок 5. Распределение интенсивности накопленных деформаций материала по
сечению канавки е0
При наличии данных о распределении твердости по сечению канавки и тарировочный график зависимости изменения твердости от величины накопленной деформации находится
Серия «Технология машиностроения и материалы»
интенсивность деформации в точках замера твердости. Ряды на графиках отражают результаты замеров по толщине металла после прохода индентора (So), три ряда на равном расстоянии - по ширине канавки, в узловых точках по высоте отложены значения накопленных деформаций в данных точках.
С увеличением относительной глубины канавки интенсивность деформации увеличивается, а неравномерность по сечению уменьшается, что следует из графиков, представленных на рисунке 5.
Заключение
Для точного определения процесса деформации необходимо учитывать неравномерность свойств по толщине листа. С увеличением деформации ее неравномерность в процессе прокатки уменьшается.
Литература
1. Павлов И.М. Теория прокатки. - М.: Металлургиздат, 1950. - 610 с.
2. Губкин С.И. Теория обработки металлов давлением. - М.: Металлургиздат, 1947. - 532 с.
3. Теория прокатки: Справочник / Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. и др. - М.: Металлургия, 1982. - 335 с.
4. Типалин С.А. Экспериментальное исследование процесса выдавливания технологической канавки в оцинкованной полосе / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2. С. 208-213.
5. Типалин С.А. Определение накопленной деформации в процессе выдавливания технологической канавки / Заготовительные производства в машиностроении, 2013, № 8, с. 22-24.
6. Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А. Исследование свойств многослойных листовых материалов / Заготовительные производства в машиностроении, 2013, № 1. С. 28-31.
7. Типалин С.А. Локализованный изгиб и скручивание оцинкованной полосы при формообразовании швеллера Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2. , т. 2. С. 204-208.
8. Типалин С.А., Сапрыкин Б.Ю., Шпунькин Н.Ф. Краткий обзор многослойных листовых деформируемых материалов используемых для защиты от шума / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2., т. 2. С. 194-199.
9. Типалин С.А. Исследование изгиба упрочненного оцинкованного листа / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2., т. 2. С. 199-204.
10. Типалин С.А., Шпунькин Н.Ф., Колесов А.В. Упругий изгиб биметаллического листа / Известия МГТУ «МАМИ», 2013. № 1, т. 2. С. 105-108.
11. Павлов И.М., Гельдерман Л.С., Жукова А.И. Количественный анализ неравномерности деформации при ковке // Металлург. - 1936. - № 7. - С. 17 - 20.
Счетные подходы к определению аргумента функции силы
д.т.н. проф. Максимов Ю.В., к.т.н. доц. Анкин А.В., Чебышев А.И.
Университет машиностроения 8 (495) 223-05-34, ankinamami. ги Аннотация. В статье рассмотрены подходы к определению момента начала перемещений «плавающих» элементов конструкции режущего модуля комбинированного инструмента для обработки нежестких валов.
Ключевые слова: комбинированная обработка, нежесткий вал, колебания, режущий модуль, крутильные колебания.
Проблема обеспечения качества обработки при заданной или большей производительности технологического процесса всегда была актуальной в технологии машиностроения. При решении этой проблемы создавались новые методы обработки, разрабатывались технологические процессы и новые инструменты. При этом в ряде случаев обеспечение качества обработки не подкреплялось экономическими показателями эффективности от внедрения 8 Известия МГТУ «МАМИ» № 4(22), 2014, т. 2
