SU1553565A1 - Способ обработки металлических материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области черной и цветной металлургии, в частности к практическому деформированию металлов раст жением и сжатием, однократным нагружению при нормальной температуре. Целью изобретени   вл етс  повышение пластических свойств материалов и конструкционной прочности в услови х действи  раст гивающих направлений. Образец подвергают холодному пластическому деформированию раст жением. После раст жени  осуществл ют деформацию сжатием. При этом деформирование раст жением провод т в пределах стадии деформационного упрочнени , а сжатием - в направлении, противоположном раст жению до остаточных деформаций, соответствующих первой стадии деструкции, определ емой при испытании недеформированного материала. Образец из ст. 30 подвергают деформации раст жением до остаточной деформации 23%, а затем дополнительно сжатием в направлении, противоположном раст жению, на величину остаточной деформации 12% и подвергают испытанию одноосным статическим раст жением. При этом пластичность δ повышаетс  с 17 до 27%

ψ с 42 до 47%.

Description

нию. При Ј Ј 6 пластическа  деформаци  локализуетс  в небольшом объеме (шейке), что делает невозможным ее использование дл  упрочнени  детали по всей длине (фиг. 1).

Величина остаточной деформации при сжатии не  вл етс  произвольной. Она выбираетс  на основе разработанного метода пластически-деструкционного анализа, позвол ющего проводить оценку повреждаемости (деструкции) материала . В соответствии с ним по кривой сжати  стритс  деструкционна  диаграмма , представл юща  зависимость истинного напр жени  течени  S от остаточной деформации е д . По диаграмме определ ютс  деформаци  деструкции и деформаци  начала потери устойчивости1 пластического течени  материала (точки и DQ) на участке деформационного упрочнени  при сжатии. Пластическое деформирование при сжатии провод т до остаточной деформации в пределах от Ј$, до Јj,8 . Деформирование сжатием до € ЈD| приводит при последующем испытании раст жением к менее заметному снижению прочностных свойств по сравнению с упрочнением, достигнутым при предварительном раст жении , однако пластичность при этом получаетс  существенно ниже. Деформирование сжатием до .реуже не приводит к повышению пластичности при последующем испытании раст жением, а в отдельных случа х даже приводит к ее снижению из-за интенсивного развити  повреждаемости насстадии потери устойчивости пластического течени  (фиг о 2).

Повышение пластичности при ограничении деструкционных характеристик в указанных пределах объ сн етс  следующими причинами. В точке деструкции DS возникает така  повреждаемость, котора  начинает оказывать вли ние на поведение твердого тела в целом, причем с увеличением остаточной деформации выше этой точки дол  деструкционных процессов в общей деформации возрастает. Возникает ансамбль микротрещин, расположенных достаточно однородно в объеме тела. В точке Dg. производит новый этап развити  повреждаемости , который заключаетс  во взаимодействии этих трещин между собой, сли нии некоторых из них, что в конечном счете приводит к по влению магистральной трещины, В случае приме

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

нени  схемы сжатие + раст жение (при окончательной деформации раст жением 3,8%) на поверхности образца отчетливо наблюдаютс  микротрещины, при этом резко измен етс  профиль поверхности, т.е. дл  изделий, работающих в услови х действующих напр жений раст жени , обработка по такому циклу  вл етс  неблагопри тной: она естественно приводит к снижению пластичности.

В случае предварительного деформировани  по схеме раст жение + сжатие (при окончательной деформации 3,8%) на поверхности образца уже практически не наблюдаютс  микротрещины (происходит их залечивание) и ее профиль близок к исходному. Така  обработка  вл етс  благопри тной, поскольку она не приводит к возникновению повышенной повреждаемости. Процессы залечивани  трещин наблюдаютс  и при рекри- сталлизационном отжиге деформированного материала, но только в том случае, когда процессы деструкции развиваютс  только в указанных интервалах деформировани . Выход за верхний предел этих ограничений приводит к необратимым структурным изменени м, что  вл етс  причиной снижени  характеристик пластичности .

При холодном пластическом деформировании раст жением на стадии деформационного упрочнени  прочность металла возрастает, а пластичность понижаетс , при этом отношение @o,Q/6t , ха . рактеризующее ресурс пластичности, стремитс  к единице. При последующем деформировании сжатием в пределах ЈЛ( - Јje временное сопротивление металла несколько понижаетс  по сравнению с предварительным раст жением, в то врем  как предел текучести и отношение 5 01{/5б уменьшаютс  намного сильнее , а относительное удлинение и сужение поперечного сечени  возрастают, что свидетельствует о повышении ресурса пластичности металла и, следовательно , конструкционной прочности изделий.

Проведенные исследовани  показали, что аналогов предлагаемому способу обработки нет.

Пример 1. Отожженную сталь 30 испытали одноосным статическим сжатием: определили интервал деформаций , в котором происходит развитие деструкционных процессов и сохран етс  устойчивость пластического течени . Он оказалс  в пределах 9-13% остаточной деформации. Группу образцов подвергли пластическому деформированию одноосным статическим раст жением до остаточной деформации 23%, соответствующей концу стадии деформационного упрочнени  (точка В на диаграмме раст жени ). Другую группу образцов продеформировали точно так же раст жением, а затем дополнительно сжатием в направлении, противоположном раст жению, на величину остаточной деформации 12%, наход щуюс  в указанном интервале. После этого все образцы, включа  сталь в исходном состо нии, испытали одноосным статическим раст жением.

Механические свойства представле- ны в таблице.

Анализ результатов испытаний показал , что деформирование стали 30 на 23% (таблица, пункт 2) приводит к резкому упрочнению отожженной стали и снижению ее пластичности:. ( возрастает с 390 до 690 МПа, oV- c 570 до 690 МЛа, при этом 6ОЛ/6Ъ 1 8 понижаетс  с 44 до 17%, а у - с 52 до 42%.

Деформирование сжатием на 12% (в пределах установленного интервала) после раст жени  на 23% (таблица, пункт 4) приводит к снижению 60((г с 690 до 490 МПа, а э& - с 690 до 600 МПа, одновременно существенно повышаютс  характеристики пластичности: о - с 17 до 27%; V - с 42 до 47%; измен етс  вид диаграммы нагрузка - деформаци  по сравнению с диаграммой стали, упрочненной только раст жением: диаграмма удлин етс , на ней по вл ютс  две стадии, характеризуюцие пластическое течение (фиг. 3). При этом резко возрастает ресурс пластичности стали и конструкционна  прочность изделий , о чем свидетельствует заметное снижение отношени  б о.е/б б (до 0,8). Кроме того, если сопоставить результаты , полученные после обработки по оптимальным параметрам (таблица, пункт 4), со свойствами отожженной и деформированной только раст жением стали, то можно отметить что эффект .повышени  пластичности еще более значителен , при этом прочносные характеристики получаютс  выше, чем в отожженном состо нии.

Деформирование сжатием с остаточными деформаци ми ниже или выше ус

5

Q

5

0

тановленного интервала не позвол ют получить такие результаты: оно приво - дит к более низким значени м пластичности . Действительно, если деформаци  сжатием составл ет 5%, т.е. ниже нижнего предела установленного интервала (таблица, пункт 3), то в этом случае относительное удлинение составл ет 20% по сравнению с 27%, а поперечное сужение - 44% по сравнению с 47%. При этом ресурс пластичности и конструкционна  прочность также уменьшаютс , о чем свидетельствует повышение отношени  (Гоа / (Гв до 0,9. Есди же деформаци  стали составл ет 16%, т.е. она выше верхнего предела установленного интервала (табл., пункт 5), то и в этом случае характеристики пластичности получаютс  ниже: о 23% по сравнению с 27% и Ц - 40% по сравнению с 47%.

Таким образом, раст жение конструкционной стали в пределах участка деформационного упрочнени  и последующее сжатие в пределах от деформации деструкции до начала потери устойчивости пластического течени  материала приводит к одновременному повышению пластичности и конструкционной прочности стали.

5

0

0

5

Пример 2. В качестве баз ово- го объекта выбрана втулка парнирно- болтового соединени , изготавливаема  из алюминиевой бронзы Бр АЖН 10-4-4 и Бр АЖМ 10-3-1,5. Услови  эксплуатации втулки предполагают возникновение в ней напр жений раст жени  в направлении продольной оси, которые в пределе привод т к ее разрушению, т.е. на последнем этапе .работа детали контролируетс  раст гивающими усили ми. Учитыва  то обсто тельство, что фак- с тически все упрочн ющие обработки привод т одновременно к снижению пластичности , то дл  услойий действи  в детали раст гивающих напр жений это существенно затрудн ет, а часто даже исключает возможность примен ть дл  этой цели такие способы упрочнегаш , как холодна  пластическа  деформаци . В этих случа х эффективным  вл етс  предлагаемый способ одновременного повышени  при холодной пластической деформации как прочности, так и пластичности , что в конечном счете приводит к увеличению конструкционной прочности детали.

С этой целью обработку нужно вести в следующей последовательности.

В срответствии со штатным техноло- ическим процессом втулка вытачивает- р  из холоднот нутой трубы с повышенным комплексом механических свойств: МПа, О / 5%. Указанные свойст- а получают в результате холодной пластической деформации исходной ци- линдрической заготовки со степен ми деформации раст жением ЈЈ40%, т.е. з исходном материале холоднот нутой грубы реализуетс  первый этап упрочнени  материала раст жением: упрочне-  ие в области деформаций, исключающих их локализацию- с образованием шейки I Следующа  операци  изготовлени  детали предусматривает вырезку из грубы цилиндрической заготовки (фиГоА с высотой tgjj , определ емой предельной степенью деформации сжатием в збласти от деформации деструкции до начала потери устойчивости пластического течени  материала по формуле

1 +Ј

СЈК

Где Ј - степень деформации сжатием;

tЈn высота заготовки после сжати «зо Полученна  заготовка высотой Подвергаетс  осадке на прессе до высоты , т.е. реализуетс  второй этап реформировани  детали сжатием с деформаци ми в интервале от деформации

деструкции до начала потери устойчивости пластического течени  (фиг.5).

Из полученной заготовки вытачиваетс  деталь (втулка) в соответствии с требовани ми фиг. 6.

По предлагаемой технологии изготовлено 5 втулок шарнирно-болтового соединени  и проведены их испытани  на лабораторном стенде с целью проверки эффективности предлагаемого способа. Оценка остаточных деформаций по сравнению со штатными издели ми показала преимущественно упрочненных по предлагаемой технологии втулок не менее, чем на 20% по остаточной деформации при одновременном повышении напр жени  течени  не менее, чем на |5%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ обработки металлических материалов , включающий однократное холодное пластическое деформирование в пределах стадии деформационного упрочнени  раст жением с последующим сжатием , отличающийс  тем, что, с целью повышени  пластических свойств материалов и конструкционной прочности в услови х действи  раст гивающих напр жений, сжатие провод т с деформаци ми, превышающими деформацию деструкции, но не выше деформагчи начала потери устойчивости пластического течени - материала.

   О

   23

   23

   23

   23

   О

   О

   5

   12

   16

   Диаграмма раст жени 

   SB

   Деформаци 

   SrS8 -остаточно  деформаци 

   на стадии деформационного упрочнени 

   Фиг.1

   tuatpomo схотн (atue}

   Фю.3

   1553565

   «,

   Фиг

   Фиг.5

   SS/S///S/S