Способ упрочнения металлов

Способ упрочнения металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: способ включает деформирование в прямом направлении до накопленной пластической деформации в пределах критической, соответствующей началу потери устойчивости формы равновесия , и деформирование в обратном направлении накопленной пластической деформации, определяемой из соотношения (12/Hf (2 - ii)C2J, где h - деформация в прямом направлении; 12 - деформация в обратном направлении; n, Ci и С2 - характеристики металла. 3 ил., 1 табл,

ф+

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК рц С 21 0 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИ,ЦЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811792/02 (22).09.04.90 (46) 23.08.92. Бюл. М 31 (71) Воронежский политехнический институт (72) Д,B. Хван (56) Авторское свидетельство СССР

hb 1553565, кл, С 21 О 7/00, 1987, Дель Г.Д. Технологическая механика.—

Машиностроение, 1978, с. 26 — 40.

Хван Д,В., Бочаров В.Б. Исследование эффекта Баушингера при линейном напряженном состоянии. Проблемы прочности, 1989, М 8, с. 112-114, Дель Г.Д, Деформируемость материалов с анизотропным упрочнением. Сб. Прикладные задачи механики сплошных сред, Воронеж, ВГУ, 1988, с. 16 — 19, Бакхауз Г. Анизотропия упрочнения. Теория и сопоставление. с экспериментом.

Изв. АН СССР; МТТ, 1976, М 6, с. 120 — 129.

Талыпов Г, Б. Исследование эФФекта Баушингера. Изв, АН СССР, Механика и машино* строение, 1965, % 6, с, 131-137.

Изобретение относится к технологии машиностроения применительно к повышению эксплуатационных свойств металлов пластическим деформированием и может применяться в авиастроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ повышения конструкционной прочности металлов в условиях действия растягивающих напряжений при комнатной температуре, согласно которому образец в начале растягивают пластически, а затем пластически сжимают s направлении, противоположном растяжению. При этом деформирование растяжением проводят до накопленной критической деформа,, Щ,, 1756368 А1 (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Сущность изобретения: способ включает деформирование в прямом направлении до накопленной пластической деформации в пределах критической, соответствующей началу потери устойчивости формы равновесия, и деформирование в обратном направлении накопленной. пластической деформации, определяемой из соотношения (Ь/И) =2exp(C> (lz — I<) 1, где!1 — деформация в прямом направлении; tz деформация в.обратном направлении; n, C> и Ср — характеристики металла. 3 ил., 1 табл. ции — t1, соответствующей потере.устойчивости формы равновесия (началу образования шейки), а сжатием — до накопленной пластической деформации lg, соответствующей первой стадии деструкции.

Недостатком данного способа упрочнвния является проявление при этом анизотропности упрочнения образца, в результате чего предел текучести, являющийся ддним из важнейших прочностных характеристик материалов,: зависит Oт направления по-р следующего деформирования, и при сжатии (растяжении) в осевом и поперечном направлениях указанная механическая характеристика становится,.в связи с эффектом

1756368

Баушингера меньшей по сравнению с исходной.

Целью изобретения является пс учение пластическим деформированием изотропности упрочнения металлов, для которых реализуется эффект Баушингера.

Поставленная цель достигается тем, что накопленную деформацию в обратном направлении !2 определяют по формуле !

2 и с2 — ßó =2 exp (C< (12 1„)с ), (1) где и, С1, С2 — характеристики металла. Реализация предлагаемого способа позволяет по сравнению с известным значительно повысить эксплуатационные свойства металлов, применяемых для изготовления различныхдеталей машин, например валов, Сущность предлагаемого изобретения рассматривается на примере пластического деформирования цилиндрического образца вдоль его оси растяжением — сжатием.

На фиг. 1 и 2 приводятся графические зависимости предлагаемого способа, где по оси ординат откладывается интенсивность напряжений о, а по оси аб"..öèññ — накопленная пластическая деформация (параметр Удквиста) — I; о — исходный предел текучести начально-иэотролного металла; а(1) — кривая течения; î{11) — интенсивность напряжений при растяжении (сжатии) образца до:накопленной пластической деформации — 11; (т {12) — интенсивность напряжений, соответствующая накопленной пластической деформации — !2; ñ6,2 —условный предел текучести металла при последующем после полной разгрузки сжатии (растяжении); F2 — напряжение при дополнительном сжатии {растяжении) образца да накопленной пластической деформации 12,которое принимают за повышенное значение изотропного предела текучести металла; на фиг. 3 — устройство для реализации предлагаемого способа.

Образец из упрочняемого металла растягивают вдоль его оси до накопленной пластической деформации 11 (участок AB), значенйе которой не должно превышать критического, соответствующего потере устойчивости формы равновесия, т. е. образования шейки, После достижения указанной деформации образец полностью разгружают и дополнительно сжимают вдоль era ocu до накопленной деформации 12 (участок

CD), соответствующей напряжению ab,2

При этом в зависимости от величины деформации Ig достигают различной степени изотропного упрочнения металла, Здесь следует иметь в виду, что согласно определению накопленной деформации всегда

) > О, 12 > 11, а величина пластической деформации при обратном нагружении равна разности (12 — I <).

5 Рассмотренный эффект можно реализовать деформированием образца и при цикле нагружения сжатие — растяжение, а также реверсивным закручиванием тонкостенных трубок.

10 Из уравнений состояний для рассматриваемого цикла нагружения образца (фиг. 1) получают соотношение (1 - Р (12)3 . <(12) - 2(1 (!1)) < (11)ф (12-11), (2)

15 где р (1) = ьд,2бор (I) — параметр, характеризующий эффект Баушингера, и равный отношению условного предела текучести при

20 сжатии 03,2 предварительно растячутого образца до деформации 1 к напряжению растяжения сгр (1) при этой деформации; у{12 - I>) — функция, учитывающая наследственное влияние истории нагружения, Зкспериментальные данные свидетельствуют о том, что при накопленных деформациях! 2 0,04, P {I)won t. В связи с этим в соотношении (2) можно при указанных деформациях принять

30 Р (1 ) = Р (12)

Кривую течения сг= а (1), как правило, при развитых деформациях аппроксимируют в виде

А1п

35 где А, n — характеристики материала, при. чем, и — упрочняемость материала и равно критической деформации при растяжении.

На основании изложенного соотношения (2) приводят к форме

40 (И11)"=2Р (I2-11). (4)

Функцию предлагается определять по следующему выражению: у = ехр(С1(! - Io)c2) (5) где Io — накопленная деформация, при до45 стижении которой проходит смена знака деформирования (например, .переход от растяжению к сжатию в одном и том же нап ра ален ии);

1 — накопленная деформация при дефор50 мировании в обратном направлении;

С>, C2 — характеристики материала.

После подстановки (5) с учетом I - !2, fol", в (4) получают формулу (1).

Характеристики С1, С2 определяют ста55 тистической обработкой эксперименталь. ных значений р (! - Io), рассчитываемых по формуле (4)

Ю(1-! )—

1756368 включающей результаты испытаний цилин- Устройство (фиг. 3) представляет собой дрических образцов на растяжение с после- стальной цилиндрический корпус 1, в котодующим сжатием (или наоборот). В этом . Рыйзапрессованооснование2,асверхуэасоотношении o„{t) — растягивающее напря- крывается подвижным пуансоном 3. Для жение при монотонном деформировании проведения испытанйй на образец 4 с наглообразца (фиг. 2); ос (I) — напря>кение сжатия 5 танной на него фторопластовой пленкой 5 после растяжения образца до накопленной накладываются и скрепляются винтовымсодеформации Io; Ор (to) — растягивающее на- единением две смыкающиеся по диаметпряжение при деформации Io; p(to) — пара- Ральной плоскости половинки стальной метр, характеризующий эффект обоймы 6 с разъемной медной втулкой 7, Баушингера при накопленной деформа- 10 Образец с обоймой устанавливается в корции to. пусе 1, внутренняя. поверхность которого

Величину повышенного значения ïðå- сопРЯгаетсЯ с наРУжной повеРхностью дела текучести определяют по полученной обоймы по посадке движения, и нагружаетсогласно теории (5) форглуле ся через пуансон 3 силой Р. Упор 8 предот<0,2

1+Я() . 15 вращает осевое смещение обоймы со

2 <г(2) сменной втулкой относительно образца или с учетом соотношения (3) вниз

1+р tz

At, Пример. Для испытаний на растяжение — сжатие изготовлены цилйндрические где p(t>) — параметр, характеризующий эф 20 образцы диаметром 18 мм и Рабочей длиной фе,<т Ваушингера пр деформации, 130 мм из отожженной при 1013 К стали 45

Для пластического сжатия длинномер- - r- сг = 360 МПа, п = 0,16, С1 = - 18,75, С2 = ных образцов используется изложеннйй в =+0,85. Одна партия образцов(5 шт,) растянуработе способ. та до накопленной деформации I> = 0,072, Для предотвращения потери устойчиво- 25 вторая партия (5 шт.) — сжата до деформации сти формы равновесия длинные цилиндри- li = 0,336, после чего образцы первой ческие образцы сжимаются в осевом партии дополнительно сжаты, а втоРой направлении в разъемной обойме со встав- партии — Растянуты дО расчетной деформаленной в нее сменной, Разрезанной на две ции 4. Для экспериментального определечасти по диаметральному сечению, метал- 30 ниЯ Условного предела тЕкУчести cro2 при лической втулкой, обеспечивающей экспо- сжатии внаправлении,поперечномосиплариментально обоснованный зазор между стически деформированных образцов, из соприкасающимися поверхностями послед- последних изготавливались образцы прямоней и образца, равный Q,25 1,QQ% поперец- угольной формы размером 7 х 8 х 12 мм. ной деформации, что согласно условию 35 Рас етные и усредненные эксперименпластической несжимаемости, материала тальные данные приведены в таблице. соответствует 0,5-2,0% осевой деформа- Максимальное отклонение расчетных ции. Осадка образцов до заданной степени значений о0,д от опЫтных для первой пардеформации производится ступенями с ша- тии образцов составляет 4%, а для вто-, гом 0,5 — 2,0% с последующей полной раз- 40. Рой — 2%, а превышение их относительно грузкой и заменой при этом втулки, Длина исходного предела текучести с составляет обоймы и диаметр отверстия в ней должны соответственно 30 и 58%. обеспечивать ступенчатое деформирование Проведены испытания также по известобразцов до деформации 15%, Дальней- номуспособу. При этомуказанные образцы . шее деформирование этого образца произ- 45 (5 шт.) Растянуты до накопленной деформаводится уже в другой, соответствующих ции tt =0,16 и сжаты в осевом направлении размеров обойме со сменными втулками, . до накопленной деформации Iz = 0,24, соотДля уменьшения сил трения, которые ветствующей напряжению о (4) =750 МПа. могут возникнуть вследствие возможного При повторном осевом растяжении усл-.вупругого искривления образца на соприка- 50 ный предел текучести оо2 =310 МПа, а при сающиеся поверхности последнего и вдул- сжатии прямоугольных образцов в поперечки, наносится слой сухой смазки, в качество ном направлении Ж,2 = 370 МПа. В данном которой можно использовать, например, случае исследуемая сталь в результате цикфторопластовую пленку толщиной (20 — 50) лического пластического Деформиравания мкм. При этом для регулировки вышеука- 55 упрочнилась анизотропно, т. е. пределы тезанногозазоравтребуемыхпределах реко- " кучести Oo,z при растяжении — сжатии в мендуется наматывать на рабочую осевом направлении и сжатии в поперечном поверхность образца пленку в (1-3) слоя. направлении оказались разными, 1756368 8

Таким образом, предлагаемый способ изотропного упрочнения металлов достаточно точно подтверждается экспериментально, и позволяет повысить механические характеристики многих термически необрабатывающихся металлов, например, малоуглеродйстых сталей, применяемых в народном хозяйстве. Использование его в качестве новой технологической операции для получения упрочняющего эффекта пластическим деформированием позволит по- высить конструкционную прочность валов, и тем самым увеличить их эксплуатационную надежность, Формула изобретения

Способ упрочнения металлов, преиму. щественно для которых реализуется эффект

Баушингера, включающий деформирование в прямом направлении до накопленной пластической деформации в г ределах критической, соответствующей

5 началу потери устойчивости формы равновесия, и деформирование в обратном направлении до заданной накопленной деформации, отличающийся тем, что, с целью получения изотропности tG упрочнения, деформацию в обратном направлении определяют из соотношения

Й = 2 ехр С1 Й - l j) ), I) где I> и 12 — деформация в прямом и обрат"5 ном направлениях; и, С> и С -- характеристики металла. Риз, Ъ

Составитель В. Китайский

Техред М.Моргентал Корректор П. Герещи

Редактор Н. Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3063 Тираж Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/6