СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2015 года по МПК C21D7/10 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может применяться в машиностроении, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности для упрочнения работающих на сжатие элементов конструкций в форме тонкостенных стоек из термически неупрочняемых сталей.

Известен способ [1] упрочнения работающих на сжатие стоек кольцевого сечения из сталей, включающий пластическое деформирование раздачей внутренним давлением стоек.

Недостатком данного способа является невозможность сохранения исходных диаметров поперечного сечения из-за пластической раздачи их давлением.

Изобретение направлено на повышение прочности стоек при сохранении их исходных диаметров поперечного сечения.

Это достигается тем, что стойку кольцевого сечения подвергают пластическому закручиванию до абсолютного угла φ, который рассчитывают по формуле

где R, l - средний радиус и рассчитанная длина стойки, а соответствующий этому углу условный предел текучести на сжатие σ_0,2 определяют по соотношению:

где А, n - характеристики материала; β - характеризующий эффект Баушингера параметр.

На фиг.1 показаны графики изменения угла φ (1) и условного предела текучести на сжатие σ_0,2 (2) в зависимости от накопленной деформации е.

Предлагаемый способ основан на экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что все конструкционные начально-изотропные металлы становятся при пластическом деформировании анизотропными [2,3], т.е. их характеристики прочности, например условный предел текучести σ_0,2 (с допуском на пластическую деформацию 0,2%), будут зависимыми от направления деформирования. В связи с этим оценка повышенного относительного исходного предела текучести σ_T условного предела текучести на сжатие σ_0,2 проводится на основе модели анизотропно упрочняющегося тела Г. Бакхауза [2].

В соотношении (2) характеристики А, n соответствуют механическим свойствам, связанным с сопротивляемостью пластическому деформированию и степенью упрочняемости сталей.

При закручивании стойки кольцевого сечения со средним радиусом R=(R_н+R_в)/2, где R_н, R_в - соответственно наружный и внутренний радиусы, до накопленной деформации e угол закручивания φ определяется по формуле (1).

В силу приобретенной деформационной анизотропии прочность стойки при сжатии в осевом направлении повышается и оценивается условным пределом текучести σ_0,2, который определяют по полученной на основе модели Г. Бакхауза формуле (2) при заданной накопленной деформации e.

С целью удобства счета используется аппроксимация опытной зависимости β=β(e) в виде

где β₀ - асимптотическое значение параметра β, определяемое статистической обработкой опытных данных.

Предлагаемый способ повышения прочности стоек подтверждается следующим примером.

Для расчета рассматривается стойка со средним радиусом R=50 мм и длиной l=400 мм из термически неупрочняемой нержавеющей стали 1X18H9T с характеристиками А=1450 МПа; n=0,3; β₀=0,38; σ_T=385 МПа [1]. Подставив представленные числовые данные в соотношения (1)-(2), рассчитывают соответствующие друг другу угол φ и предел текучести σ_0,2 в зависимости от накопленной деформации e.

Например, для накопленной деформации e=0,3 угол φ и условный предел текучести σ_0,2 согласно соотношениям (1) и (2) будут соответственно равны 4,1 рад и 630 МПа. При этом предел текучести σ_0,2 по сравнению с σ_T увеличивается на 66%.

Таким образом, предлагаемый способ упрочнения работающих на сжатие стоек кольцевого сечения может быть эффективно использован в промышленности.

Источники информации

1. Патент RU №2252971, C21D 7/00.

2. Дель Г.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978, с.23-36.

3. Бакхауз Г. Анизотропия упрочнения. Теория в сопоставлении с экспериментом. Изв. АН СССР, МТТ, 1976, №6, с.120-129.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в авиа-, судо- и машиностроении. Сущность изобретения заключается в пластическом закручивании работающей на сжатие стойки кольцевого сечения до необходимой накопленной деформации, обеспечивающей увеличение условного предела текучести на сжатие. Предлагаемый способ позволит увеличить прочность сжимаемых тонкостенных элементов конструкций при сохранении исходных размеров, и тем самым повысить надежность машин и механизмов. 1 ил., 1 пр.

Способ упрочнения тонкостенной стойки кольцевого сечения из стали 1Х18Н9Т, включающий пластическое деформирование до накопленной деформации е, отличающийся тем, что стойку кольцевого сечения подвергают пластическому закручиванию до абсолютного угла φ, который рассчитывают по формуле:
$$\varphi =\frac{\sqrt{3}le}{R}$$ ,
при этом соответствующий этому углу условный предел текучести на сжатие σ_0,2 определяют по формуле:
$${\sigma }_{0,2}=\sqrt{\beta }A{e}^n,$$
где
R - средний радиус стойки, мм;
l - расчетная длина стойки, мм;
β - параметр, характеризующий эффект Баушингера;
A=1450 МПа;
n=0,3;
e - накопленная деформация.