Способ определения физико-механических свойств материала поковок

Способ определения физико-механических свойств материала поковок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОКОВОК , включающий пластическую деформацию заготовок, изготовление образцов и физико-механические испытания , отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости , используют заготовки кубической , пластическую деформацию - которых осуществляет сжатием попеременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях с различным числом цик;лов обжатий . . (Л Li 7( х QU. --ггИ. Лг/./

СОЮЗ СОВЕТСНИХ сси лссс

РЕСПУБЛИН

П9) (ll) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕЛ ЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к сетссснсмм ссидстюъствт (21) 3322032/25-27 (22) 03.07.81 (46) 07.07.83. Вюл. Р 25 (72) В.A. Мигачев, В.Н. Трубин, В.П. Волков и Н.М. Добыш (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт нм. С.М. Кирова и Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объе динения "Уралмаш" (53) 621. 73 (088. 8) (56) 1. Ковка крупных поковок. Под ред. В.Н. Трубина и И.Я. Тарновского. Свердловск, М., Машгиз, 1962, с. 154-158.

2. Тюрин В.A. Теория и процессы ковки слитков на прессах. М., "Машиностроение", 197 9, с. 77-82 (прототип).

9<5)) В 21 J 5 00 G 01 N 3 00 (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОКОВОК, включающий пластическую деформацию заготовок, изготовление о6разцов и физико-механические испытания, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости, используют заготовки кубической формы, пластическую деформацию. которых осуществляют сжатием попеременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях с различным числом цик лов обжатий.

1026 913

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при исследовании физико-механических свойств, например . прочности сталей и сплавов в зависимости от степени деформации при ковке.

Известен способ определения физико-механических свойств материала поковок, заключающийся в том, что стальной слиток куют в виде сту- 10 пенчатой поковки, из каждой ее ступени вырезают темплеты, иэ этих темплетов изготавливают образцы, проводят физико-механические испытания образцов и в .координатах "по- 35 казатель механической прочности величина деформации" строят соответствующие диаграммы, на основе ко торых делается заключение о связи уровня механической прочности материала поковки со степенью деформации, которую предварительно рассчи тывают для каждой ступени поковки (1).

Недостатками известного способа являются высокая трудоемкость, поскольку. в качестве заготовки исполь зуется массивный кузнечный слиток, низкая точность получаемых результатов, поскольку распределение деформации по сечению поковки не является однородным; кроме того, результаты испытаний справедливы лишь в дамках ограничений, накладываемых конкретным способом ковки.

Известен способ определения физико-механических свойств материал поковок, заключающийся в том, что слиток подвергают ковке по технологии, включающей, например, осадку и протяжку, с целью из,готовления поковки в виде вала. IIpH этом иоков- 40 ка может иметь и ступенчатуЮ форму.

Затем от поковки отрезается дисктемплет, в котором на расстоянии г от центра размечается зона вырезки пРодольных пластин. Ширина каждой 45 из вырезаемых пластин назначается равной длине испытуемого образца„ а длина — из расчета расположения в ней п образцов. Изменяя при вырезке пластин величину параметра r проводя .соответствующие механичес«ие испытания образцов, после обработки результатов получают сведения об изменении механической прочности металла по всему объему поковки.

Если в опытах дополнительно варьировать величиной укова, режимами деформации, инструментом, то информацию о зависимости механических свойств от степени деформации следует оценивать как достаточно надежную g2).

Недостатком известного способа является высокая трудоемкость, поскольку он осуществляется на реальных слитках; получаемая информация о связи механических свойств со сте пенью деформации металла является объективной лишь для конкретных условий реализованных опытов, и результаты практически невозможно распространить на отличающиеся по напряженно-деформированному состоянию технологические процессы обработки металлов давлением, т.е. известный способ не является универсальным.

Целью изобретения является снижение трудоемкости способа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения физико-механических свойств материала поковок, включающему пластическую деформацию заготовок, изготовление образцов и физико- механические испытания, используют заготовки кубической форьы, пластическую деформацию которых осуществляют сжатием попеременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях с различным числом циклов обжатий.

На фиг. 1 показана схема деформации кубической заготовки сжатием в трех взаимно перпендикулярных направлениях, на фиг. 2 — графики распределения степени деформацииЛ. по сечению кубической заготовки после ковки для периферийной части заготовки (кривая 1) и для центральной части заготовки {кривая 2), на фиг. 3схема разрезки заготовки на образцы, на Фиг. 4 - диаграмма, характеризующая влияние степени деформации на уровне механических свойств стали

20; на фиг. 5 — то же, для стали

34ХН1М по предлагаемому способу, на фиг. б - то же, по известному способу.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве исходных заготовок для образцов используются кубические по.форме заготовки, получаемые отливкой либо разрезкой слитка. Размеры исходных заготовок выбираются такими, чтобы на любой стадии ковки иэ них можно было вырезать стандартные образцы для определения механической прочности материала. Заготовки подвергаются осадке плоскими плитами последовательно в трех взаимно перпендикулярных направлениях так, чтобы к моменту завершения деформации по всем трем координатным осям поковка снова приобретала исходную форму куба (фиг. 1). В этом случае не представляет особого труда реали. эовать процедуру циклической ковки

:заготовок по заданной программе.

Чтобы определить степень деформации металла при ковке заготовок по схеме "куб-параллелепипед-призма-куб", достаточно воспользоваться вспомо1026913 е гатель ными диаграммами (фиг. 2) .

Здесь приняты такие обозначения: р= о х 100% — величина первона- ао-к а о чального обжатия при осадке исходной 5 заготовки кубической формы плоскими плитами;

A. - накопленная материалом деформация эа 10 весь процесс формои изменения заготовки по схеме "куб-....куб".

Поскольку вследствие проявления $5 действия сил контактного трения распределение степени деформацииЛ..по сечению кубической заготовки после ковки не является равномерным, то на фиг. 2 представлено два граФика для периферийной части заготовки и для центральной части. С учетом такого распределения параметра .Л. рекомендуется схема разрезки заготовок (фиг. 3} на образцы для механических испытаний (G ; а„ и 0 ; а„разрывные и ударные образцы соответственно из периферии и центра заготовки) . Таким образом, при .циклической ковке заготовок степень деформации металла можно определить по формуле

Л. =А„,, где индексы 1 2 относятся к центральному и периферийному объемам заготовки) N — число циклов при ковке заготовок по схеме "куб- ° ° ..-куб";, А„ < - накопленная материалом степень деформации при формоизменении за .один цикл. Располагая результатами физических, механических, металлогра-40

Фических испытаний образцов, вырезанных из заготовок с различным числой циклов при ковке, можно построить соответствующие диаграммы, хафактеризукицие влияние степени дефор- 45 мации на уровень физико-механических свойств материала.

Под степенью деформацииЛ подразумевается не величина укова, а вся накопленная частицей материала пластическая деформация в течение всего времени деформирования, которая подсчитывается вдоль траектории движения рассматриваемой частицы по формуле 55

Л-= $- Hd Ñ ф о где Н - инвариантная величина, характериэуюшая скорость деформации, 60 и - время деформации.

Таким образом, при заданном в объеме деформируемого тела поле ско ростей Н (а его можно определить, пользуясь аппаратом теории пластич. ности) и времени деформации t расчет параметраЛ не вызывает особых затруднений. Располагая же экспериментальной зависимостью, например, механическая прочность = f(Л ), а также топографией .в распределении Л., можно определить изменение физико-механических свойств по всему объему деформируемой заготовки.

В частности, распределение степени деформации.Л по объему деформируемой заготовки, например кубической формы, можно определить экспериментальным путем, используя методику координатных сеток. Этим методом и получены представленные на фиг. 2 вспомогательные диаграммы .Л„ = f(E) ..

Пример . В условиях Уралмашзавода с целью проверки эффективности раэработанного способа выполнено исследование влияния степени деформации при ковке на уровень физико-механических свойств стали. Сталь выплавляют в электрической индукционной печи емкостью 60 кг.

Разливку металла производят в слитки квадратного поперечного сечения. После отрезки прибыльной части слитка получают кубические по форме заготовки размером 80х80х80мм по 6-8 шт для каждой марки стали.

Эти заготовки затем нагревают в электрической силитовой печи и подвергают ковке плоскими бойками на гидравлическом прессе в температурном интервале 1200-700 С, руководствуясь при этом схемой деформации, представленной на фиг. 1. На первом этапе ковки по схеме "куб-параллелепипед" (фиг. 1а) величину обжатия g задают равной 10%, затем после кантовки на 90 параллелепипед трансформируют в призму с размерами а х а х Л (фиг. 1б), после кантовки которой на 90 и пос ледуюцего обжатия (фиг. 1в) снова получают кубическую по форме заготовку. На этом заканчивается цикл ковки. Для первой заготовки число циклов при ковке равняется единице, для второй заготовки двум, для третьей - трем и т.д. (для каждой марки стали). После ковки заготовки охлаждают на воздухе, а затем разрезают на образцы (фиг. 3) . Перед окончательной механической обработкой все заготовки подвергаются дополнительно термической обработке. После механической обработки на образцах, обозначенных символами(" и 5 +(фиг. 3), определяют такие характеристики прочности, как предел прочности G предел текучести 6., относительное удлинение сГ и сужение Ф; на образцах, обозначенных символом а> (а„) - периферийные образцы1а,„- центральные образцы), 1026 913

3S определяют ударную вязкость стали.

Помимо механической прочности дополнительно определяют изменение плотности стали в процессе деформации. Используя вспомогательные граФики (Фиг,. 2) для каждого случая ковки рассчитывают значения степени деформациил., после чего строят соответствупшие диаграммы, характеризующие влияние степени деформации на уровень механических свойств стали (Фиг. 4 и 5а). Заштрихованные области на этих диаграммах характерйзуют разброс результатов механических испытаний прочностных свойств..

Чтобы оценить достоверность полу- 15 ченных результатов, для стали 34ХН1М делают сравнение с известными экспериментальными данными, полученными при ковке слитков массой 5 т в диапазоне температур 1200-700 C

20 (Фиг. 562, Представленные на фиг. 5 графические зависимости, полученные различными способами, практически однозначно отражают влияние деформации 25 на уровень прочностных свойств стали, что указывает на объективность оценки механических свойств разработанным способом. Поэтому диаграммы механической прочности сталей, поотроенные предлагаемым способом„ можно рекомендовать для практического использования в инженерных расчетах при конструировании рациональной технологии обработки металлов давлением.

Из анализа графиков на фиг. 4 и

5 следует вывод о том, что пластические свойства материала при ковке стабилизируются при степени де формации .Л= 0,7 - 0,8, в диапа- 40 зоне значений .Л= 0 - 0,7 -0,8

Условный номер заготовки

Значение степени деформации при циклической ковке 0 0,3-0,4 0,70,8

1,41,5

Заготовка под номером 1 используется для оценки физико-механических свойств литого металла:, заготов ки 2 и 3 - для построения линейкой части графика,, кс Ц = f (), заготовка 4 — для оценки степени нелинейности в изменении свойств при больших деформациях A.. .Поскольку при построении линейной части графика можно обойтись всего двумя заготовками под номерами 1 и 3, то минимальное количество заготовок при реализации разработанного способа должно составлять 3-4.

Предлагаемый способ менее трудоемок по сравнению с известным, так как осушествляется на модельных слитках (заготовках) небольшого размера. Получаемые при этом резуль таты можно распространить. на поков- ки, получаемые по различным схемам ковки и различным инструментом, т.с, способ достаточно универсален. имеет место линейная зависимость

Ч, Д, кс U f(A при степени деформации больше 0,7-0,8 зависимость |Ф, д, кс 0 = Е(Л) следует трактовать как нелинейную, поэтому при определении требуемого количест- ,ва заготовок для оценки физико-ме ханических свойств материала целесообразно руководствоваться данными представленными ниже. холаэгз

Ри. Ю ф ф

М ф

Ь 1 ф

1М

° Ф

Ф

4 4 ф»

В

5В ф

Ъ

%э

Ф ф

4У /,Ф 2,I 48 Л

Яиа4

ВНИИПИ Зака:- б„ =, 3/ : ". у. —.,а--Филиал Ппп "Паze;.;т" „, г. у.,;: —,;..: