книги из ГПНТБ / Маркович, Б. А. Шахтная металлическая крепь и способы ее массового производства

хаинческому старению путем испытания на растяжение пред­ варительно деформированных образцов изложено в работах

[29, 30, 97, 98, 9].

В этих работах дается оценка склонности стали к старению по изменению ап, ат, 6%, ф%. Наиболее интенсивно изменяется значение предела текучести ат. Снижения величины а„ не наблюдалось. В работе Кокритца [99] дается определение по­

склонности стали к механическому старению по ударной вяз­ кости.

ГОСТ 7268—67 определяет, что чувствительность к механи­ ческому старению есть изменение ударной вязкости металла по

Вработе [94] приводится характеристика ударной вязкости для материала профилей, предназначенных для изготовления шахтной крепи и отмеченной DIN50115. Пробой DVM опреде­ лено, что сталь с пределом текучести не менее 40 кгс/мм2 в состоянии старения не должна иметь ударную вязкость мень­ ше 2 кгс • м/см2.

Всвязи с процессом холодного деформирования профиля при изготовлении шахтной крепи упрочнение металла может привести к процессам механического старения и, как следст­ вие, к преждевременному хрупкому разрушению элементов крепи даже при напряжениях, не достигающих предела теку­ чести.

На основании проведенных экспериментов получены зави­ симости (рис. 21) изменения предела текучести сгт, истинного равномерного относительного удлинения е„ и показателя степе­ ни упрочнения п от радуса изгиба и типа профиля. На этом графике видно, что с увеличением кривизны изгиба, прочиост-

40

мая характеристика сгт повышается с одновременным сниже иием пластических показателей ев и и.

Зависимость ударной вязкости и твердости от степени де формации (рис. 22) также характеризует значительные изме

Рис. 22. Влияние степени деформации профиля СВП на изменение:

о - у д а р н о й в я з к о с т и и т в е р д о с т и ; б - т е м п е р а т у р ы о т п у с к а н а и з м е н е н и е у д а р н о й в я з к о с т и п о с л е х о л о д н о г о и з г и б а

нения свойств материала профиля в процессе формообразова­

ния, снижая таким образом эксплуатационную характеристику крепи. •

.41

4.Существующие способы повышения ме

ипластических свойств стали профиля после холодного изгиба

Для повышения прочностных и пластических свойств стали, подвергающейся холодному деформированию, существует два основных направления: 1) введение легирующих элементов в химический состав стали и 2) применение термической или механотермической обработки деформированного элемента или заготовки. В работах [20, 66, 96] отмечено, что при легирова­ нии стали никелем склонность стали к хрупкому разрушению значительно снижается. В меньшей степени влияет на качество стали присутствие меди. Следует отметить, что при ограничен­ ном содержании в стали углерода положительное влияние на пластическую характеристику стали оказывает содержание до 1,5% марганца.

Присутствие в стали молибдена, ванадия, алюминия также

В настоящее время в строительных металлоконструкциях широко применяются низколегированные стали.

Опыт применения низколегированных сталей дает основа­ ние считать, что легирование может быть большим резервом для повышения прочностных и пластических свойств стали, предназначенной для производства крепи, но требует специ­ альных исследований и экономических обоснований.

Т е р м и ч е с к а я о б р а б о т к а

> Ухудшение пластических свойств материала крепи вследст­ вие наклепа металла после холодного изгиба значительно сни­ жает несущую способность крепи, отрицательно сказывается на условиях поддержания горных выработок и безопасности ведения работ в связи с возможностью преждевременного раз­ рушения элементов крепи. Кроме того, такие элементы, крепи непригодны для повторного использования.

42

Практика и многочисленные исследования склонности ста­ ли к хрупкому разрушению вследствие механического старения показали, что термическая обработка является одним из.мето­ дов восстановления и улучшения пластических свойств сталь­ ных элементов, подвергнутых пластической деформации.

Подробные исследования были проведены на шахтной крепи.

В Донецком политехническом институте Е. С. Товпенец [88] проводились исследования для изучения влияния термиче­ ской обработки на качество стали марки Ст. 5, применяемой для изготовления шахтной крепи. Результаты исследований приведены в табл. 10.

Т а б л и ц а 10

Из анализа данных табл. 10 видно, что термическая обра­ ботка Ст. 5 дает возможность повысить ее механические свой­ ства по пределам прочности, текучести и ударной вязкости бо­ лее чем в два раза.

Холодная гибка существенно ухудшает качество стали, да­ же по сравнению с ее исходным состоянием (см. режимы 1 и 2 в табл. 11).

Из данных табл. 11 видно, что закалка и отпуск (режим 3) повышает прочностные и пластические свойства материала крепи. Автором данной работы были проведены исследования с термической обработкой арок крепи после холодного изгиба.

Исследовались следующие режимы:

1.Нормализация при температуре нагрева 880° С.

2.Улучшение (закалка, высокотемпературный отпуск). Диапазон температуры отпуска 480—580° С.

На рис. 23 показаны условные и истинные диаграммы ра­

стяжения, построенные по результатам экспериментов, прове­ денных с холодкодеформированным и термически обработан­ ным профилем. Из рисунка видно-, что после нормализации предел текучести (ат) и истинный предел прочности (SB) не-

•43

Т а б л и ц а 11

сколько превышают соответствующие значения исходного го­ рячекатаного профиля. Вместе с тем, предел текучести холоднодеформированного профиля выше предела текучести профи­ ля, нормализованного после холодного изгиба. Одновременно

Рис. 23. Изменение свойств холоднодеформироваииого профиля СВП после термической об­ работки:

/ — состаренного; 2 — нормализованного: 3 — улучшенного

( Т о а г ~ 180° С); 4 — то же (Гопт=580а С)

показатели пластичности (истинное равномерное относительное удлинение ев и ударная вязкость ап) повышаются. Так истин­ ное равномерное относительное удлинение ев после нормализа­ ции имеет значение ен = 0,138, в то время, как после холодного изгиба оно соответствует значению ев = 0,086.

44

Соответственно ударная вязкость ан= 7 у холоднодсформи­ рованного профиля после нормализации повысилась до ан = 7,8. Константы кривой упрочнения имели значение п = 0,25 и К = = 118, т. е.

5 = 118е0’25.

Термическое улучшение (температура отпуска 480° С) резко увеличивает значение предела текучести до 60 кгс/мм2, а ис­ тинного предела прочности 5 П= 89 кгс/см2.

Однако при этом режиме снижаются пластические свойст­

риал с высокими пластическими свойствами (еп = 0,11; аи=11,4;

ла текучести аТ, истинного равномерного относительного удли­ нения еп и истинного предела прочности 5 В.

Из сказанного можно сделать вывод о том, что при терми­

прочмостиые сиижаются.

Регулирование температуры отпуска в процессе производ­ ства крепи позволяет получать элементы крепи с заранее за­ данными свойствами, в зависимости от условий эксплуатации, что должно оговариваться в специальном заказе.

В табл. 12 приведены основные значения характеристик ма­ териала профиля СВП в различных физических его состояниях.

45

В работе [94] указывается, что в ФРГ металлическая крепь для подготовительных выработок изготовляется с примене­ нием нормализации после холодного изгиба (фирма «Лер»), а также после закалки и отпуска (фирма «Реппель», металлур­

мер, Ст. 54). Термическая обработка материала для шахтной крепи является одним из наиболее эффективных способов по­ вышения несущей способности металлической крепи.

45

5. Силовые расчеты формообразования металлической крепи

Основными рабочими машинами автоматизированных ли­ ний для производства крепи являются гибочные машины. Для их расчета и выбора силового привода прежде всего необходи­ мо знать усилия, которые должен развивать рабочий орган

бающего момента от внутреннего напря­ жения в профиле

при формообразовании крепи. При выборе силового привода с оптимальными параметрами необходимо знать не только ко­ нечное или максимальное необходимое усилие, но и характер его проявления.

Известно, что деформированное состояние в профиле соот­ ветствует условию равновесия внешних и внутренних сил. Мо­ мент от внутренних напряжений, действующих на элемент с бесконечно малой высотой (рис. 25), будет

Изгибающий момент всего сечения есть сумма моментов внутренних напряжений растянутых и сжатых волокон

Ранее было установлено, что при практически применяю­ щихся для гибки профилей СВП в арки радиусах изгиба, мы можем пластический изгиб распространить на все сечение про­ филя, тогда условное напряжение ох заменим истинным зна­ чением

47

Тогда

48

После подстановки в формулу (36) соответствующих зна­ чений элементов сечения профиля определим пластические мо­

упрочнение материала и его пластические свойства, а по фор­ муле (35)

Н п

49'