книги из ГПНТБ / Крупин А.В. Прокатка металлов в вакууме учеб. пособие

напряжении на воздухе и в высоком вакууме несколько острее, чем в низком вакууме.

f N J

О Slots

Длина дуги захвата, мм-

Рис. 82. Влияние температуры па форму эпюры контактных напряжений при прокатке титана (а), молибдена (б), стали (в), °С:

/ — 500; г— 900; 3 — 1000; ■/— 1100; 5 — 1200; 5 — 1300

На форму эпюры нормальных напряжений при горячей прокатке существенно влияет температура. На рис. 82 пред­ ставлены совмещенные эпюры нормальных напряжений, по-

142

эпюра нормальных напряжений имеет форму трапеции (трапеце­ идальный вид), при 900° С проявляется тенденция к образованию максимума (трапецеидальный вид с максимумом), при 800°С — явно выражен максимум и эпюра принимает форму купола (куполообразный вид).

При высокотемпературной прокатке молибдена влияние температуры на характер эпюры проявляется в изменении формы вершины эпюры нормальных напряжений (рис. 82,6).

Рис. 83. Зависимость положения максимума нормальных напряжении от оста­ точного давления при прокатке титана (а), молибдена (б) и стали (в) при температуре, °С:

/ — 800; г — 900; 5 — 1000; 4 — 1100; 5 — 1200; 6 — 1300

Так, при 1100° С вершина эпюры нормальных напряжений имеет остроконечный вид, при 1200° С она несколько растянута, при 1300° С имеет форму купола.

Более существенно влияет температура на форму эпюры нормальных напряжений при прокатке стали (рис. 82, в). При 1100° С форма эпюры нормальных напряжений близка к трапеце­ идальной, при 1000° С — трапецеидальная с максимумом, при 900° С близка к куполообразной. Влияние температуры на форму эпюры нормальных напряжений зависит от соотношения скоро­ стей процессов упрочнения и разупрочнения при горячей прокатке. Этим объясняется менее выраженный характер влия­ ния температуры на форму эпюр нормальных напряжений при прокатке молибдена, так как температурный интервал (1100— 1300° С) не создает для молибдена условий горячей прокатки (теплая прокатка).

Среда заметно влияет на положение максимума нормальных напряжений. На рис. 83 представлена зависимость положения максимума нормальных напряжений от среды относительно

143

0,25/д в низком вакууме. С дальнейшим повышением глубины вакуума до 6,6510~3 Н/м2 (5- ІО-5 мм рт. ст.) максимум смеща­ ется к выходу и находится на расстоянии 0,4/д от входа. Аналогичный ход кривых приведенной зависимости получен пфи прокатке молибдена и стали (рис. 83, б, в). Однако максимум

Рис. 84. Влияние среды на положение нейтрального сечения при прокатке титана (о), молибдена (б) и стали (в) при темпера­ туре, °С:

как это наблюдается при прокатке титана. Положение макси­ мума нормальных напряжений зависит также и от температуры. Чем ниже температура, тем ближе к середине дуги смещается максимум. При прокатке титана и молибдена максимум нормальных напряжений находится в зоне отставания, а при прокатке стали он совпадает с положением нейтрального сечения.

В зависимости от среды существенно изменяется протяжен­ ность зоны скольжения и области затрудненной деформации, а также положение нейтрального сечения.

Для титана при переходе от воздуха к низкому вакууму положение нейтрального сечения смещается в сторону входа металла в валки (рис. 84); дальнейшее же повышение глубины вакуума приводит к некоторому смещению нейтрального сечения в сторону выхода. При температуре 1000° С положение нейтраль­ ного сечения по отношению к выходу металла из валков харак­ теризуется следующими величинами: иа воздухе 0,18/д (длина

144

нием температуры нейтральное сечение смещалось к середине дуги захвата и при 800° С в вакууме 13,3 Н/м2 (10—' мм рт: ст.) находилось на расстоянии 0,481д от выхода металла из очага деформации.

Значительную часть дуги захвата при прокатке титана занимала область затрудненной деформации (рис. 85, а). При

рт. ст.). С понижением температуры длина области затруднен­ ной деформации уменьшалась и при 800° С в вакууме 13,3 Н/м2 (ICH мм рт. ст.) составляла 0,52/д, а в вакууме 6,65-ICH Н/м2 (5- ІО-5 мм рт. ст.) 0,64/д.

Аналогичный характер зависимостей получен и для молиб­ дена (рис. 85, б). Чем больше глубина вакуума и выше темпера­ тура, тем большую протяженность имеет область затрудненной деформации. Так, при прокатке молибдена при 1300° С про­ тяженность ее на воздухе составляет 0,56/д длины очага деформации, а в вакууме 0,133 Н/м2 (10_3 мм рт. ст.) она возрастает до 0,7/д. При температуре 1000° С в той же среде длина области затрудненной деформации уменьшается до 0,61 /д.

Рис. 85. Влияние среды на протяженность области затрудненной дефор­ мации при прокатке титана (а), молибдена (б) и стали (в) при темпера­ туре, °С:

У — S00; 2 — 900; 3 — 1000; 4— 1100; 5 — 1200; 5 — 1300

Изменение протяженности области затрудненной деформации и положения нейтрального сечения для стали в зависимости от среды подобно рассмотренным зависимостям (рис. 85, в). С по­ нижением остаточных давлений от атмосферного до 13,3 Н/м2 (10-1 мм рт. ст.) протяженность области затрудненной деформа­ ции уменьшается, нейтральное сечение при этом смещается в сторону входа. С дальнейшим повышением глубины вакуума

протяженность области затрудненной деформации увеличива­ ется, а нейтральное сечение в зависимости от температуры либо не изменяет своего положения (для 1100°С), либо смещается в сторону выхода (для 900 и 1000°С). На положение нейтраль­ ного сечения іі протяженность области затрудненной деформа­ ции заметно влияет температура.

Смещение нейтрального сечения, по длине очага деформации

М. И. Поксеваткин, И. Я- Тарновский, А. Н. Леванов при изуче­ нии распределения контактных напряжений в зависимости от формы очага деформации.

Прямыми методами исследования установлено, что характер распределения контактных напряжений по длине очага деформа­ ции зависит не только от геометрического фактора формы очага деформации /Д/Лср, но и от физического фактора, характеризую­ щего состояние поверхности обрабатываемого металла.

Одновременное измерение касательных и нормальных на­ пряжений позволяет проанализировать важную зависимость между ними.

Усредненный по длине очага деформации коэффициент тре­ ния, рассчитанный из экспериментальных эпюр контактных на­ пряжений, полученных при прокатке титана (рис. 86), суще­ ственно изменяется при переходе от атмосферы воздуха к глубокому вакууму. Более интенсивный рост коэффициента трения наблюдается в вакууме, начиная с разрежения 1,33 Н/м2 (10“2 мм рт. ст.); при 900° С коэффициент трения непрерывно возрастает, изменяясь от 0,27 на воздухе до 0,36 в вакууме 6,6510~3 Н/м2 (5- ІО-5 мм рт. ст.).

146

Коэффициент трения при 1000° С выше, чем при 800° С. Это вызвано большей зависимостью от температуры нормальных на­ пряжений, по сравнению с касательными.

Зависимость коэффициента трения от среды при прокатке ■стали имеет максимум в вакууме 133,3 Н/м2 (1 мм рт. ст.) (рис. 87). С увеличением или уменьшением парциального давле­ ния кислорода коэффициент трения уменьшается: при темпера­ туре 1100° С на воздухе он составляет 0,3, в вакууме 133,3 Н/м2 (1 мм рт. ст.) 0,34, в вакууме 0,133 Н/м2 (10~3 мм рт. ст.) 0,25.

Выявленные закономерности распределения контактных на­ пряжений по длине очага деформации при воздействии вакуума и газовых сред объясняются изменением кинематических усло­ вий на контакте в зависимости от физико-химических и механи­ ческих свойств поверхностных слоев обрабатываемого металла.

3. Энергосиловые показатели

По А. И. Целикову, на удельное усилие влияют две группы •факторов. Первую группу составляют факторы, от которых

.зависят природные свойства металла, характеризуемые сопро­ тивлением линейной деформации или сопротивлением чистому сдвигу при двухмерной деформации. Ко второй группе относятся факторы, обусловливающие характер напряженного состояния тела,— контактные силы трения, жесткие концы, натяжение и др. В большинство формул для определения удельного усилия входят обе группы факторов.

Как показано выше, под воздействием среды нагрева и про­ катки изменяются и сопротивление линейной деформации металла и коэффициент трения, т. е. обе группы факторов, что приводит к изменению удельного усилия.

Различный характер изменения поверхностных условий для металлов с высокой и низкой упругостью диссоциации окислов обусловливает разный характер зависимостей показателей про­ цесса прокатки от среды.

Как отмечалось, толщина окисных пленок, образующихся на металлах с высокой упругостью диссоциации окислов (вольфрам, молибден, медь, никель и др.), резко уменьшается при переходе от атмосферы воздуха даже к низкому вакууму. В соответствии •с этим увеличивается коэффициент трения, что в свою очередь вызывает значительное повышение давления. Незначительное изменение толщины пленки при увеличении глубины вакуума вплоть до 6,65- ІО-3 Н/м2 (ІО-5 мм рт. ст.) обусловливает прак­ тическое отсутствие зависимости параметров процесса прокатки от остаточного давления в этом интервале.

Зависимость удельного усилия от среды для металлов ■с высокой упругостью диссоциации окислов приведена на рис. 88. Для металлов с низкой упругостью диссоциаций окислов (цирконий, ниобий, тантал и др.) с понижением парциальных

давлений непрерывно уменьшается толщина окнсноп пленки. Однако даже в вакууме 6,65• 10—3 Н/м2 (ІО-5 мм рт. ст.) на по­ верхности этих металлов присутствует тончайшая окисная пленка. Это обусловливает иной’характер изменения силовых

Рис. 88. Зависимость удельного усилия от среды для металлов с высокой упругостью диссо­ циации окислов:

В — 980° С)

Степень Ca/tyi/najgp

показателей процесса в зависимости от среды: с увеличением глубины вакуума наблюдается тенденция к увеличению удель­ ного усилия. На рис. 89 представлена зависимость удельного усилия от глубины вакуума для металлов с низкой упругостью диссоциации окислов. Зависимости крутящего момента от среды

(рис. 91) вследствие уменьшения сопротивления линейной деформации. Как видно на рис. 91, вольфрам и молибден

148

обладают большим сопротивлением деформации даже при высоких температурах. При прокатке вольфрама в вакууме в интервале температур 1300—1450°С с обжатием 30% удельное

усилие составляет около 686 МН/м2 (70 кгс/мм2); прокатка молибдена в вакууме при температурах 950—1050° С с обжатием 45% сопровождается удельным усилием 980 МН/м2 (100 кгс/мм2) .

600 700 600 900 7000 1700 7200 7500 7400 /500 Температура, °С

Рис. 91. Зависимость удельных усилий от температуры:

При прокатке в вакууме и на воздухе молибдена и никеля при 700—1000° С температурная зависимость удельного усилия выражена более явно с увеличением степени деформации.

Температура существенно влияет на удельное усилие при прокатке в различных средах вольфрама, причем наиболее

149

значительное падение давлений наблюдается при повышении температуры от 1200 до 1300° С; с дальнейшим ростом темпера­ туры вплоть до 1450° С удельное усилие изменяется незначи­ тельно.

4N

Рис. 92. Зависимость показателен процесса прокатки от степени деформации:

4 — воздух]

Силовые показатели процесса прокатки в вакууме и на воздухе резко возрастают с повышением степени деформации (рис. 92).

4. Опережение и уширение

Основные закономерности изменения опережения при прокатке в обычных условиях (на воздухе) в зависимости от различных параметров рассмотрены в работах И. М. Павлова, И. Я. Тарновского, А. П. Чекмарева и др.

Как следует из формулы характеристических углов И. М. Павлова, при прокатке тонких полос с увеличением коэф­ фициента трения опережение возрастает. Поэтому опережение при прокатке в вакууме выше, чем при прокатке на воздухе.

На рис. 93 показана зависимость опережения от остаточного давления при прокатке молибдена, меди, тантала и циркония. Характер изменения опережения в зависимости от остаточного давления аналогичен рассмотренным выше зависимостям коэф­ фициента трения и удельного давления от среды.

Как показано Ф. Е. Долженковым и др., опережение при прокатке в вакууме титана меньше, чем при прокатке его в воздушной среде. Это объясняется более низкими значениями коэффициента трения при прокатке титана в вакууме, а также образованием в этих условиях захоложенных приконтактных зон

150