книги из ГПНТБ / Биметаллические трубы

Таким образом, определены все составляющие полной мощности, необходимой для прессования биметаллических труб. Полная мощ­ ность деформации также определяется из выражения

ние (45), получаем полное усилие прессования биметаллических труб. При расчете с использованием предела текучести на растяжение

По формуле (46) можно аналитически рассчитать усилие, необхо­ димое для прессования биметаллических труб, и его составляющие, т. е. определить усилия, необходимые для преодоления внутренних сил в металле обоих слоев (первые два члена), для преодоления сил трения в матрице, на оправке и в контейнере (соответственно 3, 4 и 5-й члены), а также усилия среза обоих слоев на верхней границе очага деформации (6 -й член).

При коэффициенте плакирования п = О Рп = 1,25я(гті (Рз — Рі) ln jx + 1,16яогті X

152

Формула (47) рекомендуется для расчета усилий прессования моно* металлических труб.

В литературе имеются экспериментальные данные истинных пре­ делов текучести стт э для сталей и сплавов многих марок. Они полу­ чены путем испытания образцов на сжатие или растяжение при сте­ пенях деформации, не превышающих обычно 50—70%.

Процесс прессования характеризуется большими степенями де­ формации, достигающими 95—97%, и высокими скоростями. При высоких скоростях прессования происходит интенсивное выделение тепла в очаге деформации и повышение температуры металла, при­ водящее к снижению истинного предела текучести. Следовательно, условия деформации металла при прессовании отличаются от условий, в которых обычно проводят испытания. Поэтому в формулу следует вводить не экспериментальные, а расчетные значения истинного предела текучести.

При определении расчетных значений истинного предела теку­ чести с использованием экспериментальных пределов текучести не­ обходимо ввести поправочный коэффициент, представляющий собой отношение расчетного истинного предела текучести (<тх. р) к экспери­

в зависимости от скорости деформации рекомендуется принимать по данным А. А. Динника [56].

При определении пт р в условиях прессования стали 10 при температурах 750—850 и 1200—1250° С и стали 0Х18Н10Т при тем­ пературах 1200—1250° С использованы данные исследований авторов по определению фактических усилий прессования монометаллических труб на горизонтальном мощностью 16 МН (1600 тс) и вертикальном мощностью 6 МН (600 тс) гидравлических прессах. Усилия прессо­ вания замеряли гидравлической месдозой. При прессовании при­ меняли стеклосмазки ВНИТИ; скорость прессования составляла 50 — 350 мм/с. Коэффициент вытяжки изменяли в пределах 6 —16. Коэф­ фициент трения принимали равным 0,05—0,08 в соответствии с ре­ комендацией Л. В. Прозорова [57].

циента k для стали различных марок и скоростей деформации.

153

На рис. 73 представлена зависимость коэффициента k от средней скорости деформации. С увеличением скорости деформации k умень­ шается. Объясняется это снижением сопротивления деформации ме­ талла за счет выделяемого тепла в очаге деформации. Чем ниже температура прессования, тем больше разогрев металла в очаге де­ формации, а следовательно, и ниже сопротивление деформации, а также коэффициент k. Коэффициент k для стали 0Х18Н10Т выше, чем для стали 1 0 , т. е. при высоких температурах истинный предел текучести для нержавеющей стали 0Х18Н10Т изменяется в меньшей степени, чем для углеродистой стали 1 0 .

Зная k, по уравнению (48) легко определить сгт р для обоих слоев биметаллической трубы и усилие прессования по формуле (46).

Т а б л и ц а 24

Значение коэффициента С при различной длительности процесса, с *

При определении пределов текучести цветных металлов в слу­ чаях растяжения и сжатия использованы экспериментальные дан­

где аТі0— предел текучести металла при статических испытаниях, МН/м2 (кгс/мм2);

С — коэффициент.

Влияние скорости на изменение предела текучести с достаточной точностью учитывается коэффициентом С (табл. 24).

Сопоставление расчетных [цо формуле (46)] и эксперименталь­ ных усилий прессования биметаллических труб сталь 1 0 + сталь 0Х18Н10Т (изнутри) и сталь 10 +БрОФ 7—0,2 (изнутри) с п = 0,35 (табл. 25) показывает удовлетворительную их сходимость — рас­ хождение не превышает 4—5%. Это позволяет рекомендовать дан­ ную формулу для аналитического расчета усилий прессования би­ металлических труб, а формулу (47) для расчета усилий прессования монометаллических труб.

154

Т а б л и ц а 25

Параметры прессования биметаллических труб при скорости прессования 40—50 мм/с

1 В ч и с л и т е л е у к а з а н ы э к с п е р и м е н т а л ь н ы е з н а ч е н и я у с и л и я п р е с с о в а н и я ; в з н а м е н а т е л е —

ра с ч е т н ы е .

Вслучае прессования биметаллических труб с тонким плаки­ рующим слоем, а также с одинаковым или близким сопротивлением деформации обоих слоев усилия прессования могут быть рассчитаны по формуле (47) или другим имеющимся формулам для расчета уси­ лий прессования монометаллических труб. В остальных случаях необходимо учитывать наличие в очаге деформации двух металлов с различными физико-химическими свойствами.

Экспериментальное исследование усилий прессования

Усилия прессования, а соответственно удельные давления прес­ сования и прочность сварки слоев в значительной степени зависят от основных факторов процесса прессования биметаллических труб — металла слоев, температуры, степени и скорости деформации, коэф­ фициента плакирования. В ряде случаев в зависимости от физико­ химических свойств металла эти параметры имеют ограничения. Выход за оптимальные их пределы вызывают разрушение металла или снижение его качества.

Экспериментальное определение усилий прессования биметал­ лических труб из высокотемпературных и низкотемпературных соче­ таний металлов осуществлялось на гидравлических прессах — верти­ кальным усилием 6 МН (600 тс) и горизонтальным усилием 16 МН (1600 тс), а также на вертикальных механических прессах усилием 12,5 и 15 МН (1250 и 1500 тс).

В аналогичных условиях прессовали монометаллические трубы из стали 10 и 0Х18Н10Т.

Усилия, развиваемые прессом, определяли замером давления жидкости в цилиндрах с помощью гидравлических месдоз мембран­ ного типа различной чувствительности. Замеры проводили по мосто­ вой схеме с усилителем. На мембрану месдозы наклеивали только

155

рабочий датчик. Два балансировочных датчика находились в уси­ лителе, один компенсационный датчик наклеивали на недеформируе­ мую часть месдозы. Месдозу устанавливали на главном цилиндре пресса. Конструкция месдоз (рис. 74) позволила полностью герме­ тизировать датчики, что обеспечило длительную эксплуатацию мес­ доз в производственных условиях. Тарировку месдоз проводили на лабораторном гидравлическом прессе до 32 МН/м2 (320 ат). Данные

наружному диаметру изменяли от 82,5 до 150 мм, коэффициенты плакирования от 0,08 до 0,8, скорости прессования от 50 до 350 мм/с, коэффициент вытяжки от 6 до 16. В значительных пре­ делах менялась и температура нагрева заготовок. Усилия прессова­ ния биметаллических труб ряда сочетаний металлов, полученные экспериментальным путем, приведены в табл. 26.

Одним из главных параметров процесса прессования является температурное поле пластической деформации. Как правило, чем выше оптимальная температура, тем ниже усилия прессования и больше скорость диффузионных процессов, а следовательно, прочнее сварка слоев биметаллических труб. Из-за наличия в очаге дефор­ мации двух металлов, каждый из которых имеет свою оптимальную температуру деформации, трудно обеспечить осуществление про­ цесса при наилучших условиях. Поэтому выбор температуры де­ формации часто представляет значительные трудности. Она влияет также и на выбор других параметров процесса — степень деформа-

156

157

ции, исходные размеры двухслойной заготовки и скорость дефор­ мации.

Для определения влияния указанных параметров на удельные давления прессования исследование процесса проводили при из­ менении одного из них.

Влияние температуры нагрева и коэффициента вытяжки на удель­ ные давления определяли при прессовании биметаллических труб сталь 10+0Х18Н10Т в температурном интервале 1000—1250° С и сталь + бронза при 740—840° С.

Прессование осуществляли через матрицы (конусность 2а0 = == 135°) с применением стеклосмазки. Скорость прессования состав­

усилие прессования, F t — площадь сечения прессованной заготовки). Для сопоставления приведены кривые удельных давлений при прес­ совании однослойных труб из сталей 10 и 0Х18Н10Т. С повышением температуры удельные давления прессования значительно сни­ жаются как для биметаллических труб из различных сочетаний ме­ таллов, так и для монометаллических. Так, например, при 1000° С (см. рис. 75) удельное давление прессования стали 0Х18Н10Т со­ ставляло 1200 МН/м2 (120 кгс/мм2), биметалла сталь 10+0Х18Н10Т 975 МН/м2 (97,5 кгс/мм2), стали 10+800 МН/м2 (80 кгс/мм2), а при 1250° С соответственно 900 МН/м2 (90 кгс/мм2), 650 МН/м2 (65 кгс/мм2) и 450 МН/м2 (45 кгс/мм2). При повышении температуры на 250 град удельное давление истечения снижается в 1,3— 1,8 раза.

Это указывает на значительное уменьшение сопротивления дефор­ мации металла с повышением температуры. Закон изменения удель­ ного давления прессования близок к прямолинейному.

Кривые распределения удельных давлений при прессовании би­ металлических труб лежат в интервале удельных давлений прессо­ вания монометаллических труб,

158

Так, кривая 2 (см. рис. 75) расположена выше кривой 3. Это объясняется большим коэффициентом плакирования в первом случае (.п = 0,613), чем во втором (п = 0,387).

Сопротивление деформации бронз БрАЖЭ—4 и БрОФ 7—0,2 ниже, чем стали 10. В свою очередь сопротивление деформации БрАЖЭ—4 выше сопротивления БрОФ 7—0,2 (см. кривые 5, 6 рис. 75).

1 — с т а л ь 0 Х 1 8 Н 1 0 Т ; 2 —с т а л ь 10 + с т а л ь О Х 1 8 Н 1 0 Т ( и з н у т р и ) ; 3 — с т а л ь 10

С увеличением коэффициента деформации происходит рост удель­ ного давления во всем исследуемом интервале температур прессова­ ния (рис. 76, 77). С ростом коэффициента вытяжки с 6 до 16, или в 2,7 раза, удельное давление прессования возрастает в 1,25— 1,6 раза, т. е. степень нарастания сопротивления деформации значительно отстает от степени нарастания деформации.

Х7

Так, при прессовании биметаллических труб сталь 10 + сталь 0Х18Н10Т при 1250° С с ростом коэффициента вытяжки от 6 до 16 удельное давление возрастает от 650 МН/м2 (65 кгс/мм2) до 900 МН/м2 (90 кгс/мм2), т. е. в 1,4 раза.

При температуре прессования 820° С с увеличением коэффици­ ента деформации от 6 до 16 удельное давление возрастает: для труб

159

Р и с . 79. З а в и с и м о с т ь у д е л ь н о г о д а в л е н и я о т к о э ф ф и ц и е н т а п л а к и р о в а н и я п р и п р е с с о в а н и и б и м е т а л л и ч е с к и х т р у б (а — с т а л ь 10 + . с т а л ь 0 Х 1 8 Н 1 0 Т ( и з н у т р и ) ; б — с т а л ь 0 Х 1 8 Н 1 0 Т +

Отставание роста удельного давления от степени повышения коэф­ фициента деформации объясняется выделением большого количества

на колоннах пресса (табл. 27). При коэффициентах вытяжки 10—13 максимальное усилие прес­ сования находилось в основном в пределах 10,500 МН (900— 1050 тс), а установившееся — в пределах 6500—9000 кН (650—900 тс). Таким образом, имелся еще резерв усилия для прессования труб с большей

степенью деформации.

На рис. 78 представлены кривые зависимости усилия прессова­ ния биметаллических труб сталь 10 + медь МЗр от коэффициента

160