книги из ГПНТБ / Дзугутов, М. Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением
.pdfМДДЗУГѴТОВ
Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением
М. Я. ДЗУГУТОВ
Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением
Издание второе, переработанное и дополненное
Москва
«Металлургия»
1974
УДК 539.3 |
ц у и и ' |
щгвлйчнвй |
|
|
Гос. |
.та*«ИЧЛ**И^ |
\ |
|
vf О. |
||
|
|
і |
|
Л е > / У / |
ч ч ! •ис-1^ ; |
|
УДК 539.3 Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением. 2-е изд.
Д з у г у т о в М. Я. М., «Металлургия», 1974. 280 с.
Изложены обобщенные результаты экспериментальных работ по исследованию неравномерности деформации стальных заготовок и по ковок при различных схемах их деформирования, характера возни кающих дополнительных напряжений, приводящих к возникновению в деформируемых телах внутренних и наружных разрывов. Показано влияние на деформируемость внешних (механических) факторов де формирования — схемы и формы деформирующего инструмента, ско рости и равномерности деформирования, а также геометрических фак торов деформируемого тела — его размера и формы. Даны схемы де формирования заготовок и поковок различной формы, позволяющие улучшить деформируемость.
Книга предназначена для инженерно-технических и научных ра ботников, занятых исследованием процессов обработки давлением сложнолегироваиных сталей и сплавов. Может быть полезна студен там, специализирующимся в области обработки давлением сталей и сплавов. Ил. 144. Табл. 17. Список лит.: 47 иазв.
|
М и х а и л Я к о в л е в и ч Д з у г у т о в |
|
|
|||||||||||
|
ПРИ |
|
НАПРЯЖЕНИЯ И РАЗРЫВЫ |
|
|
|
|
|||||||
|
ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ |
|
|
|||||||||||
Редактор |
издательства |
Б. |
С. |
К р а с и о п о в ц е в |
|
|||||||||
|
Художественный |
редактор |
Д. В. О р л о в |
|
|
|||||||||
|
Технический |
редактор |
Е. Б. |
В а й н ш т е |
й н |
|
|
|||||||
Корректоры |
И. |
Л. 3 а л у ц к а я, |
Т. |
А. |
Р іо м и н а |
|
||||||||
|
Переплет художника |
Е. И. |
|
Б а й т м а н а |
|
|
||||||||
Сдано в набор 31А; 1973 г. |
Подписано |
в |
печать |
4/1 |
1974 |
г. |
Т-00402. |
|||||||
Формат бумаги |
81Х108Ѵ.І?. |
Бумага |
типографская |
№ |
2. |
Уел. |
печ. |
л. 14,70. |
||||||
Уч-нзд. л. 14,92. |
Тираж |
4500 экз. |
Заказ |
М? 478. |
Изд. Ка |
2310. |
Цена |
99 коп. |
||||||
Издательство «Металлургия», 119034, Москва Г-34, |
|
|
||||||||||||
|
|
|
2-й Обыденский пер., 14 |
|
|
|
|
|||||||
|
Владимирская типография |
Союзполиграфпрома |
|
|
||||||||||
при Государственном |
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, |
|||||||||||||
|
|
полиграфии и книжной |
торговли |
|
|
|
||||||||
|
|
|
Владимир, ул. Победы, д. 186. |
|
|
|
|
|||||||
Издательство |
«Металлургия», 1974. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
31010—028 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д------------------82—74
040(01)—74
|
|
Оглавление. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Стр. |
П редисловие............................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Принятые обозначения |
........................................................................ |
|
|
|
|
|
7 |
|
Глава I. Особенности структуры, свойств и деформирования |
|
|||||||
высоколегированных |
сталей и |
|
сплавов............. |
|
|
9 |
||
П ластичность................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
Деформируемость слитков, |
заготовок |
и поковок . . . . |
19 |
|||||
Сопротивление деф ормации................................................. |
|
|
|
|
25 |
|||
Температурный интервал деф орм ации ............................. |
|
|
28 |
|||||
Разогрев при |
пластической |
деф ормации............................... |
|
|
30 |
|||
Образование |
термических |
т р е щ и н .................................. |
|
|
|
|
31 |
|
Образование внутренних разрывов при ковке и прокатке . |
33 |
|||||||
Глава II. Осаживание |
цилиндрической |
поковки в |
плоских |
|||||
бойках |
.................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
33 |
Неравномерность деформации при осадке поковки . . . |
33 |
|||||||
Методика исследования напряженного состояния осаживае |
|
|||||||
мой поковки....................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
46 |
|
Напряжения и разрывы при осаживании поковки с H/d^.1 |
50 |
|||||||
Напряжения и разрывы в осаживаемом теле с отношени |
|
|||||||
ем # / d > l |
................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
66 |
Напряжения и разрывы в контактной поверхности поковки |
80 |
|||||||
Способы устранения |
растягивающих |
|
напряжений |
и |
раз |
|
||
рывов .................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
82 |
Глава III. Напряжения и разрывы при ковке заготовки и по |
||||||||
ковки |
квадратного |
сечения ......................................... |
|
|
|
|
85 |
|
Неравномерность деформации при ковке заготовки |
квад |
|
||||||
ратного се ч е н и я ...................................................................... |
|
|
|
|
|
|
85 |
|
Напряжения и продольные разрывы по диагоналям сечения |
|
|||||||
заготовки .................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
104 |
Напряжения и продольные разрывы, ориентированные нор |
||||||||
мально к граням сеч ен и я ...................................................... |
|
|
|
|
|
ПО |
||
Разрыхление осевой зоны заготовки при ее ковке. . . . |
115 |
|||||||
Деформация квадратной заготовки в угловых бойках с уг |
||||||||
лом развала |
95—1 0 0 ° ........................................................... |
|
|
|
|
|
119 |
|
Напряжения |
и поперечные |
разрывы |
при ковке. . . . |
121 |
||||
Рекомендации по технологии деформирования квадратной |
|
|||||||
заготовки .................... |
|
■..................................................................... |
|
|
|
|
|
128 |
Механизм течения и деформация металла при рубке . . |
130 |
|||||||
Напряжения, |
деформация |
и разрывы |
при прошивке . . |
132 |
||||
Глава IV. Напряжения и разрывы при ковке заготовки и по |
||||||||
ковки |
круглого сечения ................................................... |
|
|
|
|
135 |
||
Особенности |
образования |
внутренних |
продольных |
раз |
||||
рывов .................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
135 |
Напряжения и течение металла при ковке круглой заготов- |
I* |
3 |
|
|
|
Стр. |
кіі на плоских б о й к а х .................................................................. |
разрывов при ковке |
141 |
|
Механизм |
образования внутренних |
152 |
|
круглой заготовки па плоских бойках .................................... |
|||
Влияние |
различных факторов на |
процесс образования |
|
внутренних разрывов при ковке на плоских бойках . . . |
162 |
||
Напряжения и разрывы при деформировании круглой за |
175 |
||
готовки в нижнем угловом и верхнем плоском бойках . . |
|||
Напряжения и разрывы при деформировании круглой заго |
178 |
||
товки в двух угловых б о й к а х ................................................... |
|
||
Напряжения и разрывы при деформировании круглой заго |
181 |
||
товки в круглых вырезных б о й к а х ......................................... |
|||
Напряжения и разрывы при ковке шайб из малопластич |
193 |
||
ных сталей и сп л а в о в .................................................................. |
|
||
Выбор оптимальной технологии деформации круглой заго |
196 |
||
товки и поковки из высоколегированной с т а л и .................... |
|||
Глава V. Напряжения и разрывы при продольной прокатке . |
197 |
Поперечные |
р а зр ы в ы ..................................................... |
|
|
|
197 |
|||
Иследовапие напряженного состояния металла в очаге де |
||||||||
формации ............................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
204 |
|
Механизм возникновения внутренних продольных растяги |
||||||||
вающих напряжений и поперечных разры вов ........................... |
|
210 |
||||||
Влияние |
различных |
факторов |
на |
процесс |
образования |
|
||
внутренних |
поперечныхразрывов ........................................... |
|
|
|
218 |
|||
Выбор оптимальных условий для прокатки готового сорта |
227 |
|||||||
Внутренние продольные разры вы ..................................................... |
образовавшихся |
при |
229 |
|||||
Заваривание |
внутренних разрывов, |
|
||||||
п р ок атк е............................................................................................ |
|
|
|
|
|
231 |
||
Глава VI. Напряжения и разрывы при других способах де |
||||||||
формирования |
м етал л ов .............................................. |
|
|
|
235 |
|||
Напряжения |
и разрывы при раскатке д и ск о в ................. |
235 |
||||||
Напряжения |
и разрывы при раскатке бандажей и |
колец 238 |
||||||
Напряжения |
и разрывы при секторной разгонкепоковок |
241 |
||||||
Глава VII. Напряжения и разрывы, обусловленные нагревом |
244 |
|||||||
и |
охлаж ден и ем ............................................................. |
|
|
|
|
|||
Остаточные деформационные, структурные н термические |
244 |
|||||||
напряж ения....................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
||
Внутренние термические напряжения и разрывы в слитках |
254 |
|||||||
Напряжения и разрывы в поковках сложной |
формы . . |
259 |
||||||
Напряжения и разрывы, обусловленные структурными из |
262 |
|||||||
менениями .............................................................................. |
|
|
|
|
.. |
|
||
Глава VIII. Выбор способа деформирования труднодеформи- |
265 |
|||||||
руемых сталей и сплавов и |
оборудования . . . |
|||||||
Особенности разных способов деформирования . . |
. . |
265 |
||||||
Выбор температурного режима |
деформирования . . . . |
268 |
||||||
Примеры выбора способа деформирования и оборудования |
272 |
|||||||
Список литературы ................................................................................. |
|
|
|
|
|
279 |
Предисловие
Директивами |
X X IV съезда К П С С |
по пятилетнему |
плану развития |
народного хозяйства |
С С С Р на 1971— |
1975 годы предусмотрено значительное улучшение каче ства металлопродукции и в том числе продукции, полу ченной с помощью процессов прокатки и ковки. Для успешного решения этой задачи необходимо создание более совершенных, научно обоснованных технологиче ских процессов обработки металлов давлением, позво ляющих повысить уровень свойств изделий, снизить удельный расход металла.
Деформируемость тела D при пластической дефор мации, т. е. способность его изменять свою форму без нарушения цельности, под действием внешнего или внут реннего напряжения зависит от следующих основных факторов: пластичности материала, из которого состоит тело, Ф а\ от комплекса внешних (механических) фак торов деформации, обозначенного Фв; от геометрических факторов деформируемого тела Фг.
Вмонографии автора «Пластическая деформация
высоколегированных сталей и сплавов», изданной в 1971 г., было рассмотрено влияние пластичности мате риала на деформируемость тела, а также факторы, влияющие на пластичность, виды пониженной пластич ности (П П ) материала, приводящие к ухудшению де формируемости тела, их физическая природа и способы уменьшения их влияния.
В данной книге рассматривается главным образом влияние на деформируемость тела двух других факто ров Ф в и Фг- Поэтому, в известной мере, ее следует считать продолжением первой книги. В ней рассматри вается влияние схемы деформирования тела на харак тер и неравномерность течения материала, на напряжен ное состояние и характер возникающих разрывов в де формируемом теле. Излагаются результаты исследования механизма возникновения скалывающих и разрываю щих напряжений и нарушений сплошности тела. Р ас смотрены также напряжения и разрывы, обусловленные процессами нагревания и охлаждения тела из малопластичиого материала.
В книге излагаются материалы, полученные в ре зультате исследований, выполненных автором самим или совместно с сотрудниками. Эксперименты выполняли
5
преимущественно в промышленных условиях, на заго-- товках и поковках из промышленных сталей и сплавов.• Полученные данные были дополнительно проверены при' ковке или прокатке промышленных партий поковок или1 заготовок и лишь затем рекомендованы для внедрения,- По мнению автора, это является преимуществом излага-- емого в книге материала в сравнении с данными, полу-- ченными другими методами такими, как метод оптиче-- ски-чувствителыіых покрытий, метод муаровых полос' и др., а также при использовании для экспериментиро вания свинцовых образцов. С помощью этих методов не' всегда возможно определить величину и практическое' значение возникающих напряжений с точки зрения спо собности их приводить к нарушению цельности дефор мируемого тела в промышленных условиях.
Экспериментирование в промышленных условиях, на образцах серийного производства, обеспечивает наибо лее быстрое получение искомых результатов с высокой степенью достоверности. Полученные данные пригодны для непосредственного использования при разработке технологии деформирования тел из малопластичных
сталей и сплавов, без применения поправочных коэффи циентов.
Книга является вторым, переработанным и дополнен ным изданием монографии автора «Внутренние разры
вы при обработке металлов давлением», изданной в 1958 г.
<
Приняты е обозначения
Тэ — эквикогезнвная температура, °С; |
|
|
||
я>, — ударная вязкость; |
|
|
|
|
б — относительное удлинение, %; |
|
|
||
1|) — сужение поперечного сечения, %; |
образца |
при круче |
||
п — число оборотов до разрушения |
||||
нии; |
|
|
|
|
D — деформируемость тела; |
при |
которой |
появляются |
|
ет — степень |
деформации тела, |
|||
первые разрывы, %; |
|
|
|
|
Фп — фактор пластичности материала тела; |
|
|||
Фг — геометрические факторы тела; |
|
|
||
0 В— внешние |
(механические) |
факторы деформирования |
||
тела; |
|
|
|
|
S 0T — сопротивление отрыву;
— сопротивление срезу;
ПП— пониженная пластичность;
ПП\, ПП2 — первый, второй, третий, четвертый вид пониженной ППЗ, /7/74 пластичности соответственно;
Fпк/Ѵ' — поверхностный фактор (по С. И. Губкину);
Нкр — максимальная высота цилиндрического тела, позво ляющая равномерно осаживать его при данной ско рости начальной деформации, отношении H/d и от сутствии контактного трения;
Лр.о — глубина проникновения равномерной деформации при осаживании цилиндра с данным значением H/d, скорости начальной деформации и отсутствии кон тактного трения;
h„.о — область неравномерной, уменьшенной деформации; Н — начальная высота осаживаемого тела;
h — конечная высота осаживаемого тела;
Бср — средняя расчетная деформация тела;
8гпіп — минимальная степень деформации; ешах — максимальная степень деформации;
Фо — абсолютная неравномерность деформации при одно значном осаживании;
Фо.н— относительная неравномерность деформации при од нозначном осаживании;
г|о — коэффициент неравномерности деформации при од нозначном осаживании;
V— скорость деформации;
Фв — общая (сквозная) неравномерность деформации по сечению заготовки при протяжке с кантовками;
Фв.о — относительная неравномерность деформации по се чению заготовки при протяжке с кантовками;
% — общий (сквозной) коэффициент неравномерной де формации при протяжке заготовки с кантовками;
т)і о. .. п— коэффициенты неравномерности деформации за каж дое однозначное обжатие заготовки;
Аі — величина итогового смещения к периферии точки, расположенной в диагонали, за один цикл ковки: обжатие -окантовка на 90°-»-обжатне;
7
Д2 — пеличіша знакопеременного перемещения точки, рас положенной в диагонали сечения за один цикл ков ки, не выявляемая методом координатной сетки;
А — полная фактическая величина перемещений за одни цикл ковки;
пкр ■ - количество циклов ковки (однозначное обжатне-)- -(-кантовка+однозначное обжатие) до образования разрывов по диагоналям сечения заготовки;
—объем металла, перемещенного путем утяжки нз осевой зоны заготовки в процессе ее обкатки на
плоских бойках; Ѵпр — объем металла, прнрощенного при обкатке круглой
заготовки в зоне, расположенной под контактной по верхностью;
Кс — объем смещенного металла за счет уменьшения диа метра заготовки при ее обкатке;
'Voi — объем образовавшейся в заготовке внутренней по лости при ее обкатке; -
8т.к — критическая деформация обкатки, при которой об разуется внутренний разрыв в заготовке;
ет.к.п — Бт.к в случае ковки на прессе; ет-к.м — £т.к в случае ковки на молоте;
®од — величина однозначного обжатия;
Тд — температура деформации тела в каждый данный мо
мент, °С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ти — температура нагрева тела, °С; |
|
|
|
|
|
||||||
Т д — температура начала деформации, °С; |
|
|
|
|
|||||||
Тк.д — температура окончания деформации, °С; |
|
тела с |
|||||||||
тох — фактическое |
время |
свободного |
охлаждения |
||||||||
момента |
выдачи из |
печи |
до |
начала |
деформации |
от |
|||||
Тп до Тп.д, град/мпн; |
|
|
время |
от |
момента |
выдачи |
|||||
тм — максимально |
допустимое |
||||||||||
тела из печи до начала деформации, мин; |
от |
|
до |
||||||||
ѵод — скорость |
охлаждения |
при |
деформации |
Т п.д |
|||||||
Тк.д, град/мин; |
|
тела |
в процессе деформации, |
||||||||
t0x — снижение температуры |
|||||||||||
которое должно было произойти за счет отдачи тепла |
|||||||||||
в атмосферу, °С; |
|
|
в процессе деформации |
за |
|||||||
ір — приращение температуры |
|||||||||||
счет деформационного разогрева, °С; |
|
|
|
|
|||||||
At — разность tox—/р, °С; |
|
нагретого |
тела при |
подаче |
нз |
||||||
ѵох — скорость |
охлаждения |
||||||||||
печи до начала деформации, т. е. от Тв до Тп.д, °С; |
|||||||||||
ееД — единичное (частное) |
обжатие. |
|
|
|
|
|
Глава I |
Особенности структуры , |
свойств и деформирования |
|
|
высоколегированных сталей |
|
и сплавов |
Пластичность
Пластичность является важнейшим свойством метал лов и сплавов. Она зависит от кристаллической структу ры материала, количества возможных плоскостей и на правлений скольжения в кристаллитах, характера меж атомных связей, химического состава, структурного со стояния, количества и дисперсности избыточных струк турных составляющих. Пластичность прежде всего за висит от природы материала, его физико-химических констант, с изменением которых изменяется и пластич ность материала.
Пластичность материала тем выше, чем больше чис ло плоскостей и направлений скольжения, больше пе риод легкого (ламинарного) скольжения, меньше коэф фициент упрочнения, четче выражен металлический характер межатомных связей, меньше искажена кристал лическая структура и чем меньше количество дисперс ных упрочняющих частиц. С изменением состояния дан ного материала изменяются перечисленные факторы, а вместе с ними и его пластичность.
Таким образом, под пластичностью следует понимать свойство материала (стали, сплава), позволяющее не обратимо изменять форму тела без нарушения его сплошности, определяемое с помощью принятого объек тивного метода испытания и выраженное количественно в тех пли иных условных единицах.
Каждый материал обладает определенным комплек сом природной пластичности, который может проявить ся при деформировании тем полнее, чем сложнее усло вия деформирования.
• С помощью существующих методов испытания не возможно выявлять и оценивать количественно весь комплекс природной пластичности материала, а также выбирать наиболее целесообразные методы его деформи рования. Это относится и к известным, широко приме няемым методам испытания на ударный изгиб, на рас тяжение, на кручение и др.
9