Исследование распределения пластической деформации по толщине стальных полос

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, kiad@mail.rH

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

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 =

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