Способ упрочнения металлов Советский патент 1992 года по МПК C21D7/00 

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 в направлении, противоположном растяжению. При этом деформирование растяжением проводят до накопленной критической деформации - И, соответствующей потере устойчивости формы равновесия (началу образования шейки), а сжатием - до накопленной пластической деформации г, соответствующей первой стадии деструкции.

Недостатком данного способа упрочнения является проявление при этом анизотропности упрочнения образца, в результате чего предел текучести, являющийся Одним из важнейших прочностных характеристик материалов, зависит от направления по- следующего деформирования, и при сжатии (растяжении) в осевом и поперечном на- правлениях указанная механическая характеристика становится в связи с эффектом

Баушингера меньшей по сравнению с исходной.

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

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

(Ј)()c2,(1)

где n, Ci, С2 - характеристики металла.

Реализация предлагаемого способа позволяет по сравнению с известным значи- тельно повысить эксплуатационные свойства металлов, применяемых для изготовления различных деталей 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 абсцисс - накопленная пластическая деформация (параметр Удквиста) - I; От - исходный предал текучести начально-изотропного металла; o(l) - кривая течения; о (И) - интенсивность напряжений при растяжении (сжатии) образца до накопленной пластической деформации - И; о 02) - интенсивность напряжений, соответствующая накопленной пластической деформации - а; сг,2 - условный предел текучести металла при последующем после полной разгрузки сжатии (растяжении); Оо,2 - напряжение при дополнительном сжатии (растяжении) образца до накопленной пластической деформации г,которое принимают за повышенное значение изотропного предела текучести1 металла; на фиг. 3 - устройство для реализации предлагаемого способа.

Образец из упрочняемого металла растягивают вдоль его оси до накопленной пластической деформации И (участок АВ), значение 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 его оси до накопленной деформации 12 (участок СО), соответствующей напряжению OQ,Z . При этом в зависимости от величины деформации И достигают различной степени изотропного упрочнения металла. Здесь следует иметь в виду, что согласно определению накопленной деформации всегда I 0, la IL а величина пластической деформации при обратном нагружении равна разности (2 И).

Рассмотренный эффект можно реализовать деформированием образца и при цикле нагружения сжатие - растяжение, а также реаерсивным закручиванием тонкостенных трубок.

Из уравнений состояний для рассматриваемого цикла нагружения образца (фиг. 1) получают соотношение

1 ft (I2) 0-02) - - ft

(li)WH)p(l2-ll),(2)

где /() об,2/сгр () - параметр, характеризующий эффект Баушингера, и равный отношению условного предела текучести при

сжатии й}.2 предварительно растянутого образца до деформации I к напряжению растяжения Ор (I) при этой деформации;

(р 02 - Н) - функция, учитывающая наследственное влияние истории нагружения,

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при накопленных деформациях I 2: 0,04, ft (l); const. В связи с этим в соотношении (2) можно при указанных деформациях принять

(2).

Кривую течения ff a (I), как правило, при развитых деформациях аппроксимируют в виде

,

где А, п - характеристики материала, причем, n - упрочняемость материала и равно критической деформации при растяжении. На основании изложенного соотношения (2) приводят к форме (l2/li)n-2p(l2-li).(4)

Функцию предлагается Определять по следующему выражению:

р (l - lopj,(5)

где о - накопленная деформация, при до- стяжении которой проходит смена знака де- формирования (например, переход от растяжению к сжатию а одном и том же направлении);

I - накопленная деформация при дефор- мированми в обратном направлении; Ci, €2 характеристики материала. После подстановки (5) с учетом , fo Hi в (4) получают формулу (1).

Характеристики Ci, C2 определяют ста- тистической обработкой экспериментальных значений ф (I - о), рассчитываемых по формуле (4)

1П( foCO efcfl)

-oRBrnsTCT1

включающей результаты испытаний цилиндрических образцов на растяжение с последующим сжатием (или наоборот). В этом соотношении ор{) - растягивающее напряжение при монотонном деформировании образца (фиг. 2); оь (I) - напряжение сжатия после растяжения образца до накопленной деформации lo; 7Р (о) - растягивающее напряжение при деформации о; ) параметр, характеризующий эффект Баушингера при накопленной деформации о,

Величину повышенного значения предела текучести определяют по полученной согласно теории (5) формуле

Ъ-ЩМ-оЬ).

или с учетом соотношения (3)

ОЬ 1 +|(Ь) . д ,g|

где fi(2) параметр, характеризующий эффект Баушингера при деформации Ь.

Для пластического сжатия-длинномерных образцов используется изложенный в работе способ.

Для предотвращения потери устойчивости формы равновесия длинные цилиндрические образцы сжимаются в осевом направлении в разъемной обойме со вставленной в нее сменной, разрезанной на две части по диаметральному сечению, металлической втулкой, обеспечивающей экспериментально обоснованный зазор между соприкасающимися поверхностями последней и образца, равный 0,25-1,00% поперечной деформации, что согласно условию пластической несжимаемости, материала соответствует 0,5-2,0% осевой деформации. Осадка образцов до заданной степени деформации производится ступенями с шагом 0,5-2,0% с последующей полной разгрузкой и заменой при этом втулки, Длина обоймы и диаметр отверстия в ней должны обеспечивать ступенчатое деформирование образцов до деформации 15%. Дальнейшее деформирование этого образца производится уже в другой, соответствующих размеров обойме со сменными втулками,

Для уменьшения сил трения, которые могут возникнуть вследствие возможного упругого искривления образца на соприкасающиеся поверхности последнего и втулки, наносится слой сухой смазки, в качестве которой можно использовать, например, фторопластовую пленку толщиной (20-50) мкм. При этом для регулировки вышеуказанного зазора в требуемых пределах рекомендуется наматывать на рабочую поверхность образца пленку в (1-3) слоя,

Устройство (фиг. 3) представляет собой стальной цилиндрический корпус 1, в который запрессовано основание 2, а сверху за- крываетс 1 подвижным пуансоном 3. Для проведения испытаний на образец 4 с иамо- 5 тайной на него фторопластовой пленкой Б накладываются и скрепляются винтовым соединением две смыкающиеся по диаметральной плоскости половинки стальной обоймы б с разъемной медной втулкой 7, 10 Образец с обоймой устанавливается в корпусе 1, внутренняя поверхность которого сопрягается с наружной поверхностью обоймы по посадке движения, и нагружается через пуансон 3 силой Р, Упор 8 предот- 15 вращает осевое смещение обоймы со сменной втулкой относительно образца вниз.

Пример. Для испытаний на растяжение - сжатие изготовлены цилиндрические 0 образцы диаметром 18 мм и рабочей длиной 130 мм из отожженной при 1013 К стали 45 С От 360 МПа, п 0,16, Ci - 18,75, С2 -+0,85. Одна партия образцов (5 шт.) растянута до накопленной деформации h 0,072, 5 вторая партия (5 шт.)-сжата до деформации И 0,336, после чего образцы первой партии дополнительно сжаты, а второй партии - растянуты до расчетной деформации h. Для экспериментального определе- 0 ния условного предела текучести сь,2 при сжатии в направлении, поперечном оси пластически деформированных образцов, из последних изготавливались образцы прямоугольной формы размером 7 х 8 х 12 мм. 5 Расчетные и усредненные экспериментальные данные приведены в таблице.

Максимальное отклонение расчетных значений ой,2 от опытных для первой пар- тии образцов составляет 4%, а для вто- , 0 , а превышение их относительно исходного предела текучести ov составляет соответственно 30 и 58%.

Проведены испытания также по известному способу. При этом указанные образцы 5 (5 шт.) растянуты до накопленной деформации h 0,16 и сжаты в осевом направлении до накопленной деформации 2 0,24, соответствующей напряжению о (z) 750 МПа. При повторном осевом растяжении услгв- 0 ный предел текучести оь.а 310 МПа, а при сжатии прямоугольных образцов в поперечном направлении ОЬ.2 370 МПа. В данном случае исследуемая сталь в результате циклического пластического Деформирования упрочнилась анизотропно, т. е. пределы текучести Оо,а при растяжении - сжатии в осевом направлении и сжатии в поперечном направлении оказались разными.

5

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

Формула изобретения Способ упрочнения металлов, преимущественно для которых реализуется эффект

0

5

Баушингера, включающий деформирование в прямом направлении до накопленной пластической деформации в i-ределах критической, соответствующей началу потери устойчивости формы равновесия, и деформирование в обратном направлении до заданной накопленной деформации, отличающийся тем, что, с целью получения изотропности упрочнения, деформацию в обратном направлении определяют из соотношения

(12-11)с2,

где It и 2 - деформация в прямом и обратном направлениях;

n, Ci и Са характеристики металла.

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,

б (б)

бр(е

Редактор Н. Рогулин

ФизЗ

Составитель В. Китайский Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши

T v-rrrtvTX