Влияние межфазных границ на деформацию сдвигом

УДК 620. 179. 131

Ю.Г. Гуревич, Е.А. Чудинова

Курганский государственный университет

ВЛИЯНИЕ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ НА ДЕФОРМАЦИЮ СДВИГОМ

Аннотация. Теоретически обоснована роль межфазных границ на деформацию сдвигом. Установлено, что аустенит и цементит имеют когерентные плоскости кристаллической решетки, которые облегчают деформацию сдвигом.

Ключевые слова: сталь, белый чугун, межфазовые границы, деформация сдвигом.

Y.G. Gurevich, E.A. Chudinova Kurgan State University

INFLUENCE OF INTERPHASE BORDERS ON DEFORMATION BY SHIFT

Abstract. The role of interphase borders on deformation by shift is theoretically proved. It is established that austenite and cementite the coherent planes of a crystal lattice which facilitate deformation by shift.

Index Terms: steel, white cast iron, interphase borders, deformation by shift.

Введение

При ковке композиционного материала сталь-белый чугун (Ст-БЧ) первичная деформация происходит сдвигом. Огромное влияние на деформацию сдвигом оказывает совместимость кристаллических решеток, поэтому обоснование деформации сдвигом при ковке композиционного материала Ст-БЧ имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Роль межфазных границ при деформации сдвигом

Различают три типа межфазных границ: когерентные, полукогерентные и некогерентные [1].

На когерентной границе решетка одной фазы плавно переходит в решетку другой фазы, атомные плоскости не прерываются на такой границе, а лишь несколько изгибаются, как бы продолжаясь в другой фазе. Эта упругая деформация, называемая когерентной, обеспечивает плавную сопряженность решеток двух фаз, межатомные расстояния в которых всегда различны. Если новая фаза жестче исходной, то когерентная деформация сосредоточивается в основном в исходной фазе, и наоборот.

Если между кристаллами двух фаз имеется когерентная граница, или коротко когерентность, то обе фазы (и их кристаллы) также называют когерентными. Когда при сдвиге обеспечивается когерентность фаз, то это означает, что соседи любого атома в исходной фазе остаются соседями этого же атома в новой фазе.

Как было установлено, деформация сдвигом при пластической деформации Ст-БЧ происходит в районе 700 ОС. При этих температурах ромбоэтрическая решетка карбида железа имеет плоскость, когерентную плоскости феррита.

Одна из плоскостей цементита как по форме, так и по размерам соответствует решетке аустенита (рисунки 1, 2). Поскольку смещение по каждой плоскости происходит только один раз и на часть межатомного расстояния, двойникование не приводит к значительной остаточной деформации металла. Поэтому для кристаллов, в кото-

рых деформация осуществляется преимущественно двойникованием, резко ограничена величина остаточной деформации, и они являются хрупкими материалами.

Рисунок 1 - Когерентное соответствие: кристаллические решетки подобны по форме и размерам

Рисунок 2 - Когерентное соответствие двух плоскостей цементита и аустенита

Двойники отличаются от матрицы мелким зерном и более высокой плотностью дислокаций, так как сдвиг «отодвигает» скопление дислокаций и помогает им преодолевать препятствия так называемой «ползучестью».

Стендфорские ученые [2] установили, что при содержании в высокоуглеродистых сталях углерода менее 1% металл становится крупнозернистым и получить сверхпроводимость на таком металле нельзя.

Возникновение двойников приводит к повышению сопротивления пластической деформации, так как создаются дополнительные барьеры в виде двойниковых границ, которые являются препятствием для движения дислокаций.

Установлено, что измельчение зерна предотвращает деформацию двойникованием. Подавление двойнико-вания с измельчением зерна качественно объясняется причинами:

- большой плотностью дислокаций перед началом двойникования в мелкозернистом материале по сравнению с крупнозернистым;

- меньшей концентрацией напряжений в мелкозернистом материале;

- межзеренные границы являются препятствиями, которые ограничивают рост двойника, при большей частоте вероятной встречи двойника с границей зерен будет

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 8

75

затруднено формирования двойника критической величины [3].

Выводы

1 Теоретически обоснована роль межфазных границ на деформацию сдвигом.

2 Установлено, что аустенит и цементит имеют когерентные плоскости кристаллической решетки, которые облегчают деформацию сдвигом.

3 Определена оптимальная температура горячей деформации сдвигом композиционного материала сталь-белый чугун - > 730 ОС.

Список литературы

1 Новиков, И. Н. Теория термической обработки металлов [Текст] /

И. Н. Новиков.- М. : Металлургия, 1986.- С. 480.

2 Шерби, О. Дамасская сталь [Текст]/ О. Шерби, Д. Уодсфорд // В

мире науки.- 1985.- №4. - С.73-80.

3 Портер, Л .Ф. Регулирование размера зерна термоциклированием

[Текст] / Л. Ф. Портер, Д. С. Допковски. Сверхмелкие зерна в металлах; пер. с англ.- М. : Металлургия, 1973.- С. 135.

УДК 621.19

В.Е. Овсянников, А.И. Суворов Курганский государственный университет

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗЬБОФРЕЗЕРОВАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ

Аннотация. В данной статье рассмотрены вопросы применения метода фрезерования при нарезании резьбы в отверстиях. Проведен анализ преимуществ, которые позволяет получить применение резьбофрезерования по сравнению с использованием метчиков. Определена область рационального использования рассматриваемого метода.

Ключевые слова: фреза, метчик, резьба, отверстие.

V.E. Ovsyannikov, A.I. Suvorov Kurgan State University

ABOUT APPLICATION OF SCREW THREAD MILLING IN HOLE-MAKING OPERATIONS

Abstract. This article considers the problems of applying the method of milling when threading openings. The analysis of advantages of screw thread milling in comparison with screw cutting tools is carried out. The field of rational application of the method in question is defined.

Index Terms: mill, screw cutting tool, thread, hole.

Введение

Недостатками метода нарезания резьбы в отверстии с использованием метчика являются необходимость использования нескольких метчиков и определенная вероятность разрушения метчика, после чего он остается в отверстии и появляется необходимость в использовании специальных технических средств для удаления поломанного метчика из отверстия. Избежать данных недостатков позволяет использование концевых фрез для нарезания резьбы.

При такой обработке резьба формируется посредством перемещения фрезы по спирали - винтовой интер-

поляцией, выполняется в основном на станках с программным управлением либо требует использования сложной оснастки. Поэтому резьбовые концевые фрезы стали широко применяться в промышленной практике лишь с начала 90-х годов прошлого века, когда станки с числовым программным управлением получили широкое распространение.

В большинстве технической литературы [1;2] говорится о том, что использовать метчики целесообразно при нарезании резьбы диаметром от 1 до 100 мм. Однако совершенствование конструкций резьбовых фрез, появление цельнотвердосплавных фрез и фрез со сменными многогранными пластинами позволило вести речь о преимущественном использовании фрез для нарезания резьбы в отверстиях с диаметрами меньше 100 мм.

Целью данной работы является оценка перспектив применения метода фрезерования для формирования резьбы в отверстиях.

I Преимущества резьбофрезерования.

Обработка с использованием резьбовых фрез имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием метчиков:

1 При нарезании резьбы фрезой вероятность поломки инструмента существенно ниже, чем при использовании для этих же целей метчика.

2 Метчик всегда требует зазора между дном отверстия и торцом метчика из-за наличия на метчике заборного конуса. Т.е. метчик никогда не может нарезать резьбу в глухом отверстии «в упор». Применение резьбовой фрезы позволяет решить эту проблему, так как расстояние от торца фрезы до первой режущей кромки крайне мало.

3 Резьбовая фреза дает возможность получить резьбу в отверстии не только со стандартными параметрами, но и с параметрами, отличными от стандартных.

4 Фрезы позволяют обрабатывать материалы с твердостью более 30HRC, что вызывает значительные затруднения при обработке метчиком.

5 Резьбовые фрезы показывают большую эффективность при обработке таких материалов, как титановые и никелевые сплавы и резина, так как инструмент не имеет полного контакта с заготовкой.

6 Резьбовые фрезы обладают существенно большей гибкостью обработки, чем метчики, т.к. одной и той же фрезой можно нарезать резьбы разного диаметра и направлений (как правую, так и левую резьбы).

7 В случае поломки метчика деталь либо бракуется, либо метчик извлекается электроискровым способом. И в том, и в другом случае необходимы существенные затраты. Если нарезание резьбы является заключительной операцией при обработке детали трудоемкостью более тысячи нормо-часов, то опасность поломки метчика может послужить достаточно весомым аргументом в пользу применения резьбовой фрезы. При применении фрезы в случае ее поломки остатки фрезы или пластины падают в отверстие и могут быть легко извлечены.

8 При применении фрезы оператор станка может контролировать и/или изменять параметры перемещения по осям, обеспечивая получение резьбы высокой точности. При обработке метчиком изменение параметров резьбы невозможно.

9 Резьбовые фрезы дают также возможность менять размерные параметры резьбы, когда, например, деталь деформирована после термической обработки.

10 Использование фрезы для нарезания конической резьбы дает возможность выполнять обработку в два перехода (сверление и нарезание резьбы) вместо классической технологии, использующей три перехода (сверление, коническое развертывание и нарезание резьбы).

76

ВЕСТНИК КГУ, 2013. № 2