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

плотный контакт, в то время как между стержнем 1 и телом образца в тангенциальном направлении образо­ вался незначительный зазор (см. рис. 23,6). При даль­ нейшей проточке образцов до середины высоты при пе­ риодической оценке состояния отверстий было обнару­ жено последовательное раскрытие отверстий 2, 3, 4 в образце без стержней (см. рис. 24, а, 25, а) и увеличе­ ние размеров в тангенциальном направлении раскрыв­ шихся ранее отверстий. В образце со стержнями, по ме­ ре проточки его до середины высоты, произошло увели­ чение зазора между стержнем 1 и образцом, а также образовались зазоры в тангенциальном направлении

устержня 2 (см. рис. 24,6, 25,6).

На основании приведенных в табл. 2 данных пост­

роены диаметральные разрезы образцов с незаполнен­ ными отверстиями с условным изображением всех отвер­

в результате осадки. При осадке образцов с незаполнен­ ными отверстиями происходит уменьшение размеров от­ верстий в радиальном направлении. Осевое отверстие получает наибольшее уменьшение размеров. По мере приближения к боковой поверхности образца степень уменьшения размера отверстий в радиальном направле­ нии снижается. Однако не было отмечено ни одного слу­ чая увеличения размера отверстий в этом направлении. Форма отверстий, расположенных не по оси образца, претерпевает сложные изменения при осадке образцов. Из-за наличия контактного трения и неравномерного истечения металла по высоте образца отверстия прини­ мают изогнутую форму, а в определенных участках об­ разцов они сплющиваются.

В образцах со вставленными стержнями (рис. 26,6) изменение формы и размеров отверстий носит иной ха ­ рактер. При тех же условиях осадки размеры отвер­ стий не уменьшались, так как этому препятствовали стержни. Конечная форма отверстий определяется той формой, которую получают стержни в результате произведенной осадки. В этом случае не образуются за­ зоры в радиальном направлении между стержнями и те­ лом образца, что, очевидно, свидетельствует об отсут­ ствии радиальных растягивающих напряжений в осажи­ ваемом образце.

Выполненные эксперименты на образцах с заполнен-

БО

ньши и незаполненными отверстиями позволили рас­ смотреть также и характер тангенциальных напряже­ ний, действующих при осаживании таких образцов. И с­ следование образцов, осаженных на 20, 40 и 60%, после неоднократной строжки и снятия каждый раз опреде­ ленного слоя металла со стороны торцовой поверхности вплоть до середины высоты осаженного образца показа­ ло, что отверстия, расположенные в осевой зоне, как за­ полненные (рис. 23,6, 24,6, 25,6), так и незаполненные (23, а, 24, а, 25, а) , изменяют свою форму симметрично относительно оси. По мере удаления от оси образца се­ чение вставленного стержня и незаполненное отверстие приобретают овальную форму (рис. 25, а, б) за счет уве­ личения диаметра стержня в тангенциальном направле­ нии. Степень овальности возрастает в отверстиях по ме­ ре приближения к боковой поверхности образца. При этом сначала образование овальности обусловливается наличием течения металла в тангенциальном направле­ нии, а затем возникновением и возрастанием по мере приближения к боковой поверхности тангенциальных растягивающих напряжений. Действие последних прояв­ ляется в образовании и увеличении размера зазора, воз­ никшего между стержнем и телом образца в тангенци­ альном направлении. Овальность вставленных стержней, наблюдаемая на рис. 23, 6, обусловлена радиальным из­ гибанием стержня в результате осадки образцов, вслед­ ствие чего стержни пересекаются плоскостью шлифа не перпендикулярно оси, а под некоторым углом наклона к ней.

Следует отметить, что возникновение тангенциальных растягивающих напряжений и зазоров, обусловленных ими, происходит лишь в определенной зоне осаживаемой поковки, расположенной вне конусов затрудненной де­ формации и обозначенной на рис. 27 буквой Б. При этом величина тангенциального зазора возрастает в этой зоне по мере сдвига стержня и отверстия к боковой поверх­ ности. Так, например, между стержнем 1 и образцом (см. рис. 27) зазор под действием тангенциальных на­ пряжений возникает на расстоянии б— б, между стерж­ нем 2 и образцом только на расстоянии а— а, а между стержнем 3 и образцом зазор вообще не возникал.

Осадка образцов, имеющих во всем объеме мелкие дефекты (флокены). Заготовки диаметром 200 мм для дальнейших экспериментов изготовляли обточкой ци-

61

линдрических поковок диаметром 400 мм стали ЭИ961, в которых после ковки и охлаждения по специальному режиму вся внутренняя зона была поражена флокенами. Полученные после такой обточки заготовки диаметром 200 мм были поражены флокенами во всем объеме. Они выходили также на боковые и торцовые поверхности за­ готовок (рис. 28). Таким образом были получены три

Рис. 27. Схема расположения стержней зон затрудненной деформации А и тангенциального растяжения Б в осаженном образце

заготовки высотой 200 мм (H/d=\) и одна заготовка высотой 140 мм (H/d = 0,7). Указанные заготовки нагре­ вали до 1180° С , принятой для данной стали, и осажива­ лись на прессе со степенями деформации (е=16% , 35% и 45% ). Заготовка с высотой 140 мм была осажена на 41,5%. Полученные шайбы подвергали охлаждению по специальному режиму, гарантирующему предупрежде­ ние образования в них после осадки новых флокенов.

Таким образом, флокены, имевшиеся в исходных за­ готовках, должны были в процессе деформации зава­

р и т ь ся п р и н ал и ч и и с ж и м а ю щ и х н а п р я ж е н и й и д е ф о р ­

мации или раскрыться при наличии растягивающих на­ пряжений. Основными условиями, необходимыми для заваривания таких несплошностей в процессе деформа­ ции, являются:

а) температура деформации, обепечивагощая проте­ кание процессов рекристаллизации;

б) наличие деформации выше критической; в) наличие объемного сжатия, обеспечивающего до­

статочное контактирование свариваемых поверхностей дефекта.

62

При отсутствии указанных условий флокены не за­ вариваются. В этом случае форма и состояние сохранив­ шихся флокенов будут определять характер напряжен­ ного состояния тела при осадке. Исследование проводи­ ли иа макрошлифах, вырезанных в продольном (осевом) и поперечном направлениях. Продольные макрошлифы вырезали по осевой плоскости осаженных заготовок, а поперечные — по середине их высоты. Макрошлифы

Рис. 28. Макроструктура заготовки с флокенамн до осадки. Сталь ЭИ961

исследовали после предварительного их травления в рас­ творе соляной кислоты в течение 5 мин.

Результаты исследования продольных макрошлифов, вырезанных по осевой плоскости осаженных поковок, а также поперечных, вырезанных из середины высоты поковок, показали, что в одних частях поковок флокены или только сжимаются, или завариваются, а в других, напротив, раскрываются. Состояние флокенов, таким образом, наглядно характеризует качественно напряжен­ ное состояние металла в разных частях осаживаемой цилиндрической заготовки и его резкость.

При осадке на 16% флокены не заварились полно­ стью ни в одной части объема поковки (рис. 29, а, 30, а) . Лишь в средней части поковки зазор между стенками флокена сильно уменьшился. В контактных зонах состо­ яние флокенов в результате осадки не изменилось. В пе­ риферийной части, в зоне бочкообразования, произошло значительное раскрытие флокенов, особенно тех, на­ правление которых совпало с радиальным. Важно отме-

63

Рис. 29. Поперечные макрошлнфы, характеризующие состояние флокенов в по­ ковках после осадки (///rf= 1,0), е, % :

а — J6; б — 35; в — -15

64

приближения направления флокенов к тангенциальному степень раскрытия их уменьшилась до уровня исходного состояния, что дополнительно свидетельствует об отсут­ ствии в данном случае радиальных растягивающих на­

от боковой поверхности поковки была меньше, чем в по­ ковках, показанных на рис. 29 и 30.

Таким образом, при осаживании поковки с H / d ^ 1,0 положительный знак имеют лишь тангенциальные на­ пряжения, действующие на боковой поверхности осажи­ ваемой поковки и распространяющиеся на некоторую глубину от этой поверхности. Соответственно, возникно­ вение разрывов происходит на боковой поверхности оса­ живаемой поковки в зоне бочкообразованпя. При этом возникающие разрывы ориентируются вертикально, нор­ мально к действующим тангенциальным напряжениям положительного знака. Образование таких разрывов предупреждают путем равномерной осадки с помощью прокладок, различных смазок пли же применения бан­

щих напряжений.

Напряжения и разрывы

в осаживаемом теле с отношением H jd > 1

Осадка образцов с незаполненными отверстиями.

Для исследования использовали образцы диаметром 235 мм высотой 590 мм из стали 45. В центральной зоне образцов были просверлены вертикальные сквозные от­ верстия диаметром 35 мм. Для того чтобы при нагреве уменьшить проникновение печных газов внутрь отвер­ стия и предотвратить значительное окисление их поверх-

66

мости, концы отверстии закрывали металлическими пробками.

Перед осадкой заготовки нагревали до 1170° С . Н а ­ гретые образцы осаживали на прессе со степенями де­

песка. Изменение формы отверстий при осадке определяли иа образцах после раз­ резки их точно по осевой плоскости.

Из полученных данных следует, что общин объем отверстий в процессе осаживания до 40% уменьшается лишь незначительно. При увеличении степени осадки до

Увеличение диаметра отверстий в средней зоне оса­ женных образцов еще нельзя рассматривать как фак­ тор, однозначно характеризующий наличие в этой зоне радиальных растягивающих напряженіи), .так .как таішг изменение формы может быть обусловлено соответству­ ющим течением металла, расположенного в этой зоне. Для уточнения этого вопроса осаживали цилиндрические образцы, у которых в осевые отверстия были вставлены стержни и образцы с внутренними дефектами (флокенами).

Осадка образцов со стержнями. Применяли цилинд­ рические образцы диаметром 200 мм и высотой 500 мм. В центральной зоне каждого образца в просверленное отверстие диаметром 30 мм вставляли стержень из та­ кого же материала, Стержни изготовляли таким обра-*

68

зом, чтобы они плотно соприкасались со стенками отвер­ стия по всей длине. Подготовленные образцы нагревали до 1170° С и осаживали на прессе со степенями дефор­ мации 17, 21, 40 и 60%. Осадку производили на плоских

г

J ,

CL7

иЛ з

с^

Рис. 35. Схема расположения зазоров в образцах со стержнями после осадки е, %:

а — 21,4; 6 — 40,0; в — 60,0

бойках без смазки. Заготовки, осаженные на 17 и 21%, имели двойное бочкообразование. Размеры образцов после осадки приведены в табл. 7. Для исследования

Т а б л и ц а 7. РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ СО СТЕРЖНЯМИ ПОСЛЕ ОСАДКИ (СМ. РИС. 35) (ИСХОДНЫЕ РАЗМЕРЫ: d — 200 мм, Н — 500 мм)

69