Лабораторная работа № 3 "Оценка штампуемости готового проката из малоуглеродистой стали"

Цель работы:

Экспериментальное определение показателей штампуемости Ř и ň.

Приборы и оборудование:

Разрывная машина Р-5, штангенциркуль, микрометр, линейка, чертилка, шаблоны.

Общие положения:

Штамповка изделий сложной формы из тонколистового металла - один из наиболее экономичных и высокопроизводительных технологических процессов. Листы и полосы, подвергаемые глубокой вытяжке, должны выдерживать большую пластическую деформацию без образования трещин. До сегодняшнего дня ни один из методов испытаний не может полностью определить способность к глубокой вытяжке, так как это понятие сложное, зависящее от многих факторов, связанных как с самим металлом, так и с условиями вытяжки. В последнее время у нас в стране и за рубежом всё большее признание находит методика оценки штампуемости листа с использованием показателей: Ř - коэффициент нормальной пластической анизотропии и ň - показатель деформационного упрочнения. Показатель Ř характеризует способность тонкого листа к глубокой вытяжке, ň позволяет сделать вывод о его способности к пластической деформации при растяжении. Параметры Ř и ň используют для выбора технологических путей обоснованного повышения качества стальных листов. Показатель деформационного упрочнения ň определяется, прежде всего, силами трения в решетке (напряжением Пайерлса). Для чистого железа теоретическое верхнее предельное значение составляет 0,28. Величина ň может быть повышена путём направленного блокирования движущихся дислокаций без повышения напряжения трения. Способность листовой стали к глубокой вытяжке тем выше, чем больше показатели Ř и ň, которые зависят от химического состава стали, способа её выплавки (в том числе раскисления), температурного режима горячей прокатки, степени деформации при холодной прокатке режима термообработки. Все эти факторы оказывают влияние на формирование текстуры. Высокое значение нормальной анизотропии наблюдается у металлов с определённой ориентировкой текстуры. Для получения у стали идеально высокого значения Ř с минимальными изменениями его в различных направлениях нужна структура с ориентировкой 111. Установлено, что металл обладает хорошей способностью к глубокой вытяжке при Ř>1,5 и ň>0,21.

Содержание и методика выполнения работы:

Анизотропия пластических свойств может оказать существенное влияние на распределение полей напряжений и деформаций, возникающих при штамповке деталей сложной формы, в результате чего возможно локальное утонение тонколистовой заготовки вплоть до разрыва.

Образцы, используемые для проведения лабораторной работы - плоские, пропорциональные без головок из холоднокатаной малоуглеродистой стали. Размеры образцов: толщина h₀=0,5-1,5 мм, ширина b₀=12,5 мм, длина L=210 мм.

Коэффициент нормальной пластической анизотропии R определяют как отношение истинных деформаций по ширине и толщине листа, вызванных удлинением при растяжении:

R=lg(b₀/b₁) / lg(h₀/h₁), (1)

где b₀ и h₀ - исходная ширина и толщина образца, мм;

b₁ и h₁ - ширина и толщина образца после растяжения на 17 %.

Так как изменение толщины образца в процессе растяжения слишком мало, что может привести к большим погрешностям при вычислении R, используется следующая формула:

R=lg(b₀/b₁) / lg(b₂l₂ /b₀l₀), (2)

где l₀ - начальная расчётная длина (l₀=50 мм), мм;

l₂ и b₂ - конечная расчётная длина и ширина образца растянутого на 17 % (l₂=58,5 мм), мм;

Значение показателя деформационного упрочнения n характеризует способность металла к упрочнению при равномерной пластической деформации и определяется по формуле:

n=[lg(P₁) - lg(P₂) - lg(l₂/l₁)] / [lglg(l₁/l₀) - lglg(l₂/l₀)], (3)

где l₁ - промежуточная расчётная длина образца (l₁=55 мм), нагруженного выше предела текучести до удлинения равного 10 %, мм;

Р₁ - осевая растягивающая нагрузка, соответствующая удлинению образца 10 %, Н;

Р₂ - осевая растягивающая нагрузка, соответствующая удлинению образца 17 %, Н;

Коэффициенты R и n изменяются в зависимости от ориентации образца по отношению к направлению прокатки, поэтому используют их средние величины:

Ř=(R₀+2R₄₅+R₉₀) / 4, (4),

ň=(n₀+2n₄₅ + n₉₀) / 4, (5),

где R₀, R₄₅, R₉₀, n₀, n₄₅, n₉₀ - показатели штампуемости, определённые на образцах, вырезанных под углом к направлению прокатки 0⁰, 45⁰ и 90⁰ соответственно.

Распределение параметров R в плоскости листа характеризуется плоскостной анизотропией

R=(R₀ - 2R₄₅+R₉₀) / 4, (6).

Лист с очень высокой степенью анизотропии в плоскости листа имеет очень высокое абсолютное значение R. В этом случае он склонен к образованию дефектов при штамповке (фестонов).

Таким образом, подвергая образцы растяжению с малой скоростью и используя шаблоны с расстояниями l₁ и l₂ можно зафиксировать значения Р₁ и Р₂, а также измерив образцы до и после растяжения до 17 % определить показатели штампуемости. Результаты испытаний заносят в таблицу.

Контрольные вопросы.

1. Что характеризуют показатели Ř и ň?

2. Как определяют значения Ř и ň?

3. Связь показателей Ř и ň с текстурой и структурой.

4. От каких технологических факторов зависят Ř и ň?

5. Что такое анизотропия металла, как можно ее целенаправленно формировать?