7. Значения Ло и а при различных температурах испытания

Для практических расчетов процессов горячего деформирования при определении влияния скорости деформаций на напряжение текучести можно использовать следующую зависимость:

Os = Оо -Ь In ,

где Os - истинное сопротивление де* формированию при скорости деформации ё; Оо - истинное сопротивление деформированию при скорости деформации if,; k - коэффициент, значения которого для некоторых марок сталей приведены в табл. 4.

Приближенное влияние скорости деформации учитывают с помощью ско-

ростного коэффициента, показывающего, во сколько раз изменится напряжение текучести при скорости деформации ё (табл. 5).

Изменение истинного сопротивления деформированию <у от скорости деформации можно определить по следующей зависимости:

где Кпр- коэффициент пропорциональности.

Значения Оо и Кпр при ё = 1,0 с * приведены в табл. 6.

8. Значения скоростных коэффициентов С, В к т при различных температурах испытания

Большое влияние оказывает скорость деформации на удельную механическую работу деформации Л:

Л = о ds, о

где 0 й 8 - соответственно интенсивности напряжений и деформаций.

Изменение величины Л от ё можно определить по следующей зависимости:

- Л/Ло == (ё/ё )°.

Значения Ло и а при ёд = 3 10- с * представлены в табл. 7.

Одним из основных факторов, влияющих на пластическую деформацию, является скорость деформации.

Для установления скоростной зависимости показателей предельной пла-

стичности 8р можно использовать следующее уравнение:

ер = С + В (ё) - ,

где а - показатель зависимости Л от скорости деформации; С, В, т - скоростные коэффициенты, значения которых для некоторых сталей при разных температурах приведены в табл. 8.

При деформировании крупных слитков необходимо учитывать изменение условий деформирования в зависимости от массы слитка. Нижней границей у крупных слитков из углеродистой стали следует считать массу 78-126 т, а верхней границей мелких заготовок- массу 3-4 т. Таким образом, можно выделить следующие геометрические модели слитка:

4 . S 12 16 20 24 28 V,m

Рис. 3. Зависимость показателя удельной контактирующей поверхиости от объема слитка {А - А - граница, где функция меняется иа порядок меньше аргумента; d - диаметр; Ь. - высота); 1 - d = const; 2 - Л = const; 3 - dih = 0,5; 4 - dih = \; 5 - d/Л = 1,5; 6 - dih = 2,0

1) слитки высоколегированных сталей и сплавов - малые; столбчатые кристаллиты в них занимают все поперечное сечение, а в осевой зоне имеют место пористость и дефекты усадки;

2) слитки средней массы углеродистых сталей и заготовки, полученные непрерывным литьем (разливкой) характеризуются развитыми зонами вне-осевой и осевой ликвации и осевой рыхлостью;

3) слитки большой массы углеродистых и среднелегированных сталей характеризуются столбчатыми кристаллитами, занимающими около i/j поперечного сечения по всей высоте; зона внеосевой ликвации расположена на первой трети поперечного сечения; осевая зона занимает примерно i/g поперечного сечения (рыхлости, пористость) и высоты слитка; деформируемые неметаллические включения имеют различную концентрацию по объему слитка.

Эти модели слитка дают возможность регулирования распределения единичных (местных) и полных деформаций посредством изменения граничных условий - формы инструмента, сил контактного трения.

Однако необходимо оценивать величину слитка по показателю удельной поверхности контакта Кру = где - площадь поверхиости контакта; V - объем слитка. Зависимость показателя К от объема слитка представлена на рис. 3, Кривые, иду-

щие от линии А-А вправо, относят к крупным заготовкам, а левые - к мелким.

Контактное треиие - механическое взаимодействие между телами, которое возникает в местах их соприкосновения и препятствует относитсчьному перемещению тел в плоскости их контакта в процессах горячего деформирования и может быть трех видов: трение, когда деформация происходит при наличии между трущимися парами слоя смазочного материала незначительной толщины (не более 1 мкм); при отсутствии в различных точках контакта слоя какой-либо вязкой среды; при наличии одновременно в различных точках контакта треиия первых двух типов.

Силы контактного трения зависят от химического состава и состояния поверхности рабочего инструмента и заготовки, температуры, скорости и степени деформации, вида напряженного состояния и смазочного материала.

Вследствие наличия большого числа факторов, влияющих на контактное трение, выделяют согласно обобщенному закону трения следующие: гидростатическое давление; скорость скольжения; температуры поверхности трения и смазочного слоя.

В наиболее общем виде обобщенный закон треиия может быть записан в виде

/, ,1 dv

TTp = t*o9(i - Y) у;

здесь тр - удельная сила трения на границе металл-инструмент; - коэффициент трения скольжения; q - удельное усилие деформирования; у - отношение смазанной площади и площади контакта; ti - динамическая (условная) вязкость смазочного материала; V - скорость скольжения в зоне контакта; z - средняя толщина смазочного материала.

Учитывая сложность приведенной зависимости, можно устанавливать коэффициенты трения только для конкретных условий; таким образом, значения коэффициентов треиия при обработке давлением являются весьма приближенными.

Характер коэффициентов трения при осадке стали в зависимости от темпе-

0,4 i,3

О/ 0,1

V S00 1000 12001,° с О)

800 1000 1200 t,C

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 а.л и,7 с

Рис. 4. Зависимости коэффициента трения от темпе.чатуры t степени деформации е:

о - £ = 0,2; б - в = 0,5; в - t = 1000 С; осадка: / - без смазочного материала; 2 - со смазочным материалом - нитрид бора; 3 - со смазочным материалом - графит с маслом

9. Значении коэффициентов трення прн деформировании углеродистых сталей

10. Значения коэффициентов трения [i. для некоторых смазочных материалов

* Хлористый калий 6 %, хлористый натрий 8 %, нитрит натрия 2 %, кальцинированная сода 0,5 %, глицерин 4 %, уротропин 2 %, остальное - вода. ** 70 % масло-I- 30 % графит.

ратуры и степени деформации приведен на рис. 4.

Наиболее удобно определять коэффициент трения из выражения

1к = ХтОн<Р<Тт/2, где Tj; - касательное напряжение на поверхности контакта; Оц - нормальное напряжение на поверхности кон-

такта; - предел текучести материала; Р - переменный коэффициент, зависящий от главных нормальных напряжений (1 < Р < 1,155). Приближенно величину Лт можно определить из табл. 9.

Максимальные значения (х соответствуют наиболее худшим с точки зрения трения условиям деформирова-

ния, минимальные - лучшим. Например, при ковке без смазочного материала следует принять р = 0,35, так как смазочным материалом является пленка окислов на поверхности; при горячей штамповке стали на прессе с соляным водным раствором в качестве смазочного материала (л = 0,4, а с мыльным раствором с дисульфидом молибдена р = 0,34.

В диапазоне температур 1000-[гООС коэффициент трения при штамповке без смазывания составляет для сталей:

низкоуглеродистой .... 0,40-0,35 коррозионно-стойкой . . . 0,50-0,40

Коэффициент трения при скоростной горячей штамповке стали 45 при температуре 900 °С при различных смазочных материалах имеет следующие значения (в числителе- пределы изменения, в знаменателе - среднее значение):

без смазочного материала ....... 0,29/0,29

графит.......0,16-0,28

поваренная соль . . 0,10-0,22/0,16

Значения коэффициента трения, полученные при исследовании эффективности применения некоторых распространенных смазочных материалов, представлены в табл. 10.

4. ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВЫХ МЕТАЛЛОВ

Технологические свойства и штам-пуемость. Обрабатываемость листового металла пластической деформацией при штамповке, т. е. штампуе-мость, зависит от его технологических свойств. Она оценивается применительно к определенной штамповочной операции группой показателей, в которые в.чодят параметр предельно допустимого формоизменения заготовки в операции, показатели качества обработки, расхода материала на изделие, стойкости инструмента, стоимости его изготовления и обслуживания, энергетических и других материальных затрат. Штампуемость - понятие относительное: один листовой металл сравнивается по штампуемости с другим. Вместе с тем оценка штампуемости

меняется в зависимости от масштаба производства и требований к товарному виду и служебным свойствам изделия.

Эффективность выполнения операции штамповки и ее технологические возможности зависят не только от штампуемости металла, но и от совершенства схемы действия и конструкции штампа, технического уровня его изготовления и эксплуатации, способов интенсификации процесса деформации в операции, типа и состояния процесса и т. д.

Таким образом, штампуемость листового металла является обобщенной относительной характеристикой металла, зависящей только от его технологических свойств и оцениваемой группой показателей эффективности выполнения определенной операции.

Технологические свойства листового металла определяются частью его механических, физических и других свойств и характеристик: точностью формы (листа, полосы, ленты, рулона и т. д.), микрогеометрией и физико-химическим состоянием поверхности, равномерностью распределения в материале и стабильностью во времени некоторых из этих свойств и характеристик. Необходимые для обеспечения штампуемости технологические свойства листового металла различны при различных операциях. Если технологический процесс содержит несколько различных операций, технологические свойства должны обеспечивать требуемую штампуемость во всех этих операциях.

Механические свойства листового металла при его пластической деформации отражаются кривыми упрочнения и пластичности.

Для оценки влияния параметров кривой упрочнения на штампуемость ее удобно представлять зависимостью

о = Л (е + 8) ,

где о и 8 - интенсивности напряжения и деформации; Л, е, п - константы, определяемые при испытании металла.

Обычно металл испытывают на одноосное растяжение, когда деформация идет под воздействием только одного главного напряжения о напряжения 02 = 03 = 0. Если металл принят изо-

тропным, то о = Oi, е = 8j, поперечные главные деформации = 83 = == -(1/2) 81. Константа ец представляет собой начальную интенсивность деформации. При одноосном растяжении изотропного металла она равна начальной продольной деформации е, т. е. 8(, = 8,0. Таким образом, применительно к процессу одноосного растяжения изотропного металла зависимость (1) принимает вид

о, = Ai (ею -Ь 8i) .

Предел текучести металла определяется зависимостью (2) при 8j == 0:

А в

fДеформация в момент начала локализации деформации, после которого растяжение продолжается только иа относительно коротком участке образца, где образуется сужение в виде шейки,

ш = -810- (4j

В этот момент усилие растяжения достигает максимума, а напряжение oj значения

Ош = Ап . (5)

Временное сопротивление (Тв = Оше- + = Л1д е- + .

Образец разрушается в развившемся сужении при деформации8, = 8pp, равной

8рр=1п-, (7)

где Fo и - начальная и конечная площади поперечного сечения образца в месте разрушения.

Отношение предела текучести к пределу прочности

ов \ 1 /

Если металл перед штамповкой подвергался пластическому деформированию 820, то его кривую упрочнения можно описать зависимостью

oi = Ai (sio + + 81) . (9)

Параметры, описанные формулами (3)-7-(8) будут иметь вид

от = Ai (8i -Ь 820) ;

оц, = Лхп ; ов = Л1/1 е- += +> ; рт / е,о 4- его \ g -e, -rjo

ов \ п ;

Разрушение металла произойдет при деформации, равной вр - 820.

Параметр брр (7) дает координату конечной точки кривой упрочнения, а также координату одной точки кривой пластичности. Действительно, если кривую пластичности строят в координатах 8рр, оо/о (оо = ох + огод), то bp = 8рр при оо/о = 1/3. При наличии координат одной точки кривая пластичности может быть построена, например, по методике [48].

Если металл анизотропный, то в испытании образца на одноосное растяжение определяют коэффициент анизотропии

(10)

г=1п-5!-,

где 82 - деформация волокна в направлении ширины образца при начальной ширине Ь(, и конечной Ь, 83 = = 1п (V*); 83- деформация волокна в направлении толщины при начальной толщине so и конечной s, 83 =

= In (sfl/s).

При наличии плоскостной анизотропии коэффициент г зависит от направления вырезки образца по отношению к направлению прокатки листа. Обычно определяют коэффициент анизотропии го для образца, вырезанного в направлении прокатки, коэффициент Г45 для образца, вырезанного под углом 45° к направлению прокатки, и коэффициент гдо для образца, вырезанного под углом 90°. Вычисляют его среднеарифметическое значение

cp=-(o+2-46-f г9о). (И)

Коэффициент г (10) в процессе растяжения образца несколько меняется. Обычно его вычисляют при - 0,15, если локализация деформации происходит при деформации больше, чем 0,15.

При незначительном Влиянии направления вырезки образца на величину г принимают, что листовой металл имеет нормальную анизотро-