книги из ГПНТБ / Дзугутов, М. Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением

женного состояния осевой зоны прокатываемой заготов­ ки. В результате этого сначала происходит образование внутренних поперечных разрывов, а затем их заварива­ ние. С этой точки зрения полный период прокатки слит­ ка на прутки малого сечения следует разделить на три периода.

жения отрицательного знака, завариваются внутренние поперечные разрывы, образовавшиеся в первый период прокатки.

В третий период, которому соответствует (D/й) (D/й)кр, повышается резкость объемного сжатия, бо­

лее успешно завариваются внутренние металлургиче­ ские дефекты слитка и уплотняется металл.

Схематическое изображение изменений параметров, знака и величины внутренних напряжений за полный период прокатки слитка на прутки приведено на рис. 123.

При недостаточно медленном охлаждении заготовок или поковок из флокеночувствительных сталей в них об­ разуются внутренние мелкие разрывы — флокены. Такие поковки или заготовки не могут быть использованы для изготовления из них деталей путем холодной механиче­ ской обработки.

В то же время перекат или переков таких заготовок или поковок, при соблюдении названных выше условий, приводит к завариванию флокенов, а последующее до­ статочно медленное охлаждение заготовки или поковки предупреждает возможность возникновения новых. При­ веденные в гл. II результаты экспериментов, выполнен­ ные на образцах с флокенами, хорошо подтверждают этот вывод.

234

Напряжения и разрывы при раскатке дисков

Опыты проводили па колесораскатном стане. Заго­ товку для раскатки дисков предварительно формировали на прессе в штампах по технологической схеме, пока­ занной на рис. 124. При деформации заготовки по рас­ сматриваемой схеме ие возникают внутренние разрыва­ ющие напряжения и разрывы, поэтому получаемая заготовка передавалась для дальнейшей раскатки ободной части (последняя операция схемы) без внутренних разрывов. Как указывается в работе [45], при раскатке заготовки из мягкой углеродистой стали, обладающей высокой пластичностью, внутренние разрывы не возни­ кают. Это объясняется прежде всего тем, что благодаря малому сопротивлению деформации деформирование, производимое головками валков, распространяется на всю толщину заготовки и обусловливает возникновение в ней внутренних напряжений отрицательного знака.

При раскатке заготовки из труднодеформируемой стали типа ЭИ481 в зоне раскатки возникают внутрен­ ние растягивающие напряжения и образуются внутрен­ ние разрывы. Это обусловливается тем, что в случае раскатки заготовки, обладающей большим сопротивле­ нием деформации, значительно уменьшается глубина проникновения деформации из-за недостаточной мощ­ ности стана. Раскатке подвергаются лишь верхние слои заготовки. В них создаются наибольшие скорости тече­ ния металла и это обусловливает возникновение в сере­ динном слое заготовки радиальных растягивающих' на­ пряжений.

Наличие напряжений положительного знака подтвер­ дилось при раскатке заготовок с вставленными стерж­ нями. На рис. 125 показана схема деформирования, со­ ответствующая раскатке заготовки из труднодеформируемой стали ЭИ481 при недостаточной мощности коле­ сораскатного стана и распространений деформации лишь на поверхностные слои заготовки. Там же показана зо­ на, в которой образуются внутренние разрывы. На рис. 126 дана макроструктура ободной части диска,

235

Р и с . 124. Схема изготовления заготовки диска

236

в которой в результате раскатки образовались внутрен­ ние разрывы.

Характерно, что в зоне возникновения растягиваю­ щих напряжений образуются не только грубые разрывы, видимые невооруженным глазом, но и мелкие поры, сни­ жающие механические свойства материала, которые можно обнаружить под микроскопом при соответствую­ щем увеличении.

Таким образом, если зона заторможенной деформа­

заготовки, тем вероятнее образование в ней внутренних разрывов. Вместе с тем существенное влияние на воз­ можность образования внутренних разрывов при рас­ катке оказывают:

а) величина контактной поверхности или величина радиуса закругления R (см. рис. 125);

б) удельное давление, производимое рабочей голов­ кой валка на металл;

в) толщина раскатываемой заготовки /г Чтобы уменьшить возможность образования внут-

237

решшх разрывов при раскатке заготовки на колесорас­ катном стане, целесообразно следующее:

1.Вести раскатку в интервале температур наиболь­ шей пластичности металла.

2.Применять рабочие головки валков с возможно

большим радиусом закругления R, обеспечивающим по­ лучение большей контактной поверхности, необходимой для проникновения сжимающего действия внешней си-

Рис. 126. Внутренние разрывы, образовавшиеся в зоне раскатки диска из стали типа ЭИ481

лы, передаваемой каждым валком, до середины заго­ товки. При этом величина удельного давления, переда­ ваемого на металл валками, должна быть достаточной для того, чтобы обеспечивалось проникновение дефор­ мации до этой глубины.

3. Иметь толщину раскатываемой заготовки не более определенной величины, зависящей от величины кон­ тактной поверхности и единичного обжатия, чтобы иск­ лючалась возможность образования зоны 3, в которой возникают напряжения положительного знака.

Напряжения и разрывы при раскатке бандажей и колец

При раскатке бандажа схема напряженного состоя­ ния внутренних слоев зависит от условий деформирова­

238

ния: радиусов обоих валков; величины единичного об­ жатия; ширины полотна бандажа S (рис. 127); скорости раскатки.

Если диаметры рабочих валков достаточно велики по сравнению с шириной полотна бандажа 5, то сжимаю­ щее действие валков достигает средней зоны бандажа и по всему сечению его действует схема неравноосного объемного сжатия. В этом случае возможность образо­ вания внутренних разрывов при раскатке бандажа ис­ ключается.

Если размеры диаметров рабочих валков слишком малы по сравнению с шириной полотна бандажа 5, то сжимающее действие их не достигает средних слоев раскатываемого баидажа, а распространяется лишь на небольшую глубину. При этом происходит интенсивная раскатка металла наружной поверхности, в результате этого в средних слоях бандажа возникают внутренние тангенциальные растягивающие напряжения. В процес­

разрушению путем отрыва. В этом случае возможно об­ разование внутренних радиальных разрывов (см. рис. 127). Обычно трещины располагаются ближе к внутренней поверхности и при длительной раскатке мо­ гут выходить на эту поверхность. На рис. 128 показана внутренняя поверхность баидажа, на которой видны та­ кие трещины (разрывы). В данном случае трещина вы­

ла ускоряет образование внутренних разрывов. Поэтому раскатку металла сле­

дует производить в интервале температур наибольшей его пластичности.

При сжатии (раскатке) баидажа (кольца) плоским бойком на круглой оправе иапряженио-деформирован-

239

мое состояние в очаге деформации и остаточные напря­ жения зависят от диаметра оправы. В работе П . И . П о ­ лухина, П . К. Тетерина и др. [46] установлено, что нс-

Рис. 128. Внутренний поперечный разрыв, образовавшийся при раскатке и вышедший на внутреннюю поверхность бандажа

пользование оправы большего диаметра уменьшает возможность возникновения внутренних растягивающих напряжений ах или полностью их устраняет.

Рис. 129. Кривые распределения главных нормальных и касательных напря­ жений по сечению 0 0 при обжатии кольца типоразмера плоским бойком:

а —• на оправе диаметром 20 мм; б — па оправе диаметром 30 мм

240

Коэффициент жесткости, согласно данным Г. А. Смирнова-Аляева [47], определяется:

Н~ ста

где Gi, 0 2 — главные нормальные напряжения.

В работе [46] показано, что при обжатии кольца на оправе диаметром 20 мм в очаге деформации возникают напряжения положительного знака, а при обжатии того же кольца на оправе диаметром 30 мм внутренние рас­ тягивающие напряжения уже не возникают. Это можно видеть на рис. 129.

Напряжения и разрывы при секторной разгонке поковок

Осаженные поковки в виде шайбы или шайбы со сту­ пицей в центральной части подвергают секторной раз­ гонке в тех случаях, когда мощность агрегата (молота, пресса) недостаточна для осаживания поковки одновре­ менно по всей ее поверхности или когда осаживание по­ ковки сплошным инструментом не обеспечивает необхо­ димой равномерности деформации по ее высоте и др. Для секторной разгонки применяют штампы или на­ кладные плиты, имеющие секторные выступы прямо­ угольной формы (рис. 130). Обычно при разгонке внеш­ нюю силу прилагают периодически к поверхности поков­ ки через выступы секторной плиты или штампа, причем плиту, штамп пли поковки после каждого единично­ го приложения внешней силы вращают на величину не более ширины секторного выступа Ь. Часто после такой секторной разгонки в поковках обнаруживают внутрен­ ние трещины.

Трещины образуются обычно в зоне перехода от сту­ пицы поковки к ее полотну, имеют кольцевую форму и располагаются вокруг ступицы поковки, как показано на рис. 131. Иногда трещина располагается в поковке диа­ метрально (рис. 132). Эти трещины образуются под дей­ ствием радиальных растягивающих напряжений.

Механизм возникновения в поковках радиальных растягивающих напряжений и трещин при секторной разгонке определяется условиями течения металла: фор­ мой деформирующих секторов штампа, точнее соотно­ шением его размеров 1/Ь, а также углом поворота сек-

241

торной наладки после каждого обжатия. Согласно за­ кону наименьшего сопротивления при деформировании поковки сектором, имеющим размеры b и I (см. рис. 130), металл течет в направлении большей свободной поверх-

Рис. 131. Эскиз сечения поковки (шайбы) с трещинами, получен­ ными при секторной разгонке зоны полотна шайбы

Рис. 130. Секторная накладка для разгон­ ки металла поковки (эскиз)

иие течению, т. е. наибольшее течение металла происхо­ дит в тангенциальном направлении, а наименьшее —

242

реннего отверстия поковка имеет ступицу, составляю­ щую с шайбой сплошное тело (диаметром d0) . При раз­ гонке .ступица будет препятствовать увеличению диамет­ ра с/0 до (і\. Поэтому между той частью шайбы, которая подвергается разгонке, и ступицей, а также в самой сту­ пице возникнут растягивающие напряжения, которые могут приводить к образованию разрывов.

Трещины (разрывы) возникают как в процессе сек­ торной разгонки, так и после нее. Если при разгонке ве­ личина радиальных разрывающих напряжений превы­ шает сопротивление металла отрыву, разрывы образу­ ются до окончания этого процесса. Если же величина этих напряжений в процессе разгонки не превзойдет сопротивления металла отрыву, разрывы не образуются. Однако поковка будет иметь остаточные дополнитель­ ные внутренние радиальные растягивающие напряже­ ния, которые в дальнейшем могут суммироваться с ра­ диальными термическими напряжениями того же зна­ ка, возникающими при охлаждении или нагреве поковки при термической обработке. Когда сумма напряжений превзойдет сопротивление металла отрыву, произойдет образование разрывов. При этом величина термических радиальных растягивающих напряжений возрастает по

рывов металла поковки при секторной разгонке, необхо­ димо:

1.Применять сектора с отношением 1/Ь в пределах 2— 1. При этом после каждого единичного обжатия про­ ворачивать плиту или поковку на величину Ь. Можно вести разгонку не всей шириной сектора, а подачами ча­ стью его; но тогда к концу однозначного обжатия вся поверхность сектора штампа должна сконтактировать с поверхностью поковки.

2.Периодически подсаживать ступицу поковки или всю поковку сплошным инструментом (плитой, штам­ пом), чтобы устранить возникшие внутренние растяги­ вающие напряжения при секторной разгонке и создать взамен их объемное неравноосное сжатие.

3.Стремиться к получению минимального значения разности температур поверхностной и средней зон по­ ковки при ее охлаждении после ковки и при нагреве под термическую обработку.

243