Способ определения физико-механических свойств материала поковок

Авторы патента:

G01N3 - Исследование прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий (тензометры G01B; измерение механических напряжений вообще G01L 1/00)

B21J5 - Особые способы и устройства для ковки или прессования (для обработки листового, сортового или профильного металла и труб B21D; для обработки проволоки B21F); специальное оборудование или принадлежности для этих целей

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (I9)SU(()) 2 2 76

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1026913 (21) 3650296/25-27 (22) 04.10.83 (46) 07.01.86. Бюл.й - 1 (71) Научно-исследовательский институт тяжелого машиностроения Производственного объединения Уралмаш (72) Б.A.Мигачев и В,П. Волков (53) 62).73(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 10269)3, кл. В 2) J 5/00, G 01 N 3/00, 1981.

/б00 -, 1

/00 k л

800 <

4а7 Ф

07 f4 21 2Р Л

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1 500

У0 b л б0

w 40

15)) Д В 21 J 5/00; G 01 N 3/00 (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОКОВОК по авт.св. ¹- 1026913, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, заготовки кубической формы деформируют за один цикл обжатий, при этом величина первоначального обжатия составляет 10вЂ”

1 57..

12026 характеристики продольных образ где цов, характеристики гоперечных образцов.

У„... а1я

Изобретение относится к области исследования физических свойств материалов поковок и является усовершенствованием способа по основному авт.св. N - 1026913.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа определения физико-механических свойств материала поковок.

На фиг.1 представлен график зависимости механических свойств заготовки из стали 20 от степени деформации Л; на фиг.2 вЂ” график зависимости коэффициента анизотропии

К для ударной вязкости стали 25

Х1М 1Ф от степени деформации Л

Способ осуществляют следующим образом.

Заготовку кубической формы деформируют за один цикл обжатий, при этом величина первоначального обжатия составляет 10 вЂ” 157..

При таком способе пластического формоизменения металлу придают необходимую степень уплотнения, а при последующей деформации, например, путем расковки на пластину вследствие направленного течения частичек металла в направлении продольной оси поковки формируют так называемую волокнистость материала. Если при этом расковка на пластину производится различными суммарными обжатиями по длине, то становится возможным определить влияние интенсивности волокнооб-. разования на уровень и анизотропию физико-механических свойств матерна= ла поковки.

Пример. Проводят исследование влияния степени деформации при ковке на физико-механические свойства конструкционной углеродистой и легированной стали (табл.lj.

Сталь выплавляют в электрической индукционной печи. Разливку металла производят в слитки квадратного поперечного сечения, После отрезки прибыльной части получают кубические по форме заготовки размерами

ЯОКЯОХЯО мм . Эти заготовки нагревают в электрической силитовой печи и в температурном интервале 1200800 С на гидравлическом прессе подвергают ковке по схеме куб вЂ” параллелепипед вЂ” призма вЂ” куб.

Если для первой заготовки число циклов ковки принимают равным едини76 2 це, то для второй заготовки вЂ” двум, для третьей вЂ” трем, и т.д. для каждой марки стали.

После деформации поковки охлаждают на воздухе и разрезают симметрично на две призматические заготовки.

Затем половину полученных призматических заготовок подвергают термической обработке. Режим термической обработки для каждой марки стали назначают в соответствии с требованиями ГОСТЯ (табл,2) .

На свинцовых образцах-моделях методом кооодинатных сеток определя ют деформированное состояние металла в объеме кубических по форме поковок. Для расчета степени деформации металла после одного цикла ковки получают эмпирические форму;Ibt: в центральной зоне поковки

Д,= -" (0,945 E F вЂ” 2,12), (!) в периферийных участках поковки

Я = гха i 1,20 E, F вЂ” 2,70) (2) где с вЂ” величина обжатия, задаваемая в Е." степень деформации сдвига, припятая за объективную характери;"òèêó деформированного состояния металла.

После механической оорабстки термообработанных поковок на образцах, вырезанных соответственно из центральной и периферийной зон, определяют также показатели; плотность материала 1.; предел прочности 6 предел т вЂ .кучести 6, относительное сужение Y и удлинение о, ударную вязкость н

Бырезку образцов производят в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно продольной оси исходного слитка, полагая, что один из них является продольным, а другие вЂ” поперечными. По соотношению показателей механических свойств коэффициент анизитропии механических свойств вычисляют

3 1

Устанавливают, что во всех случа-ях значения параметра " р," о. = 1, что естественно не соответствует действительности.

Воспользовавшись соотношениями (1) и (2), строят графики зависимостей 6Т„ ь Ф о н вЂ” (Л-) для стали 25Х)М1Ф (фиг. 1) а также составляют табл.3 данных об изменении плотности металла в процессе циклической ковки.

На основании сопоставления полученных результатов делают заключение о том, что независимо от состава стали при циклической ковке показатели механических свойств достигают экстремума при степени деформации

A.= =0,75-1,0. Дальнейшая ковка практически не оказывает значимого влияния на о

2 *

Связано это с тем, что при таких значениях Я плотность материала становится экстремальной и практиче. ски не изменяется с дальнейшим рос-< том степени дефбрмации.

Используя эмпирические соотношения (1) и (2 ), устанавливают необходимую величину обжатия кубических по форме заготовок, когда после одного цикла ковки плотность металла достигает экстремума: для металла периферийной зоны поковки с,= Ехр (1,06 Р Я+ 2,24), (4) для металла центральной поковки

Е = е хр (1,20Ь 3. + 2,70) . (5)

Расчеты по этим формулам показывают, что при Л. = 0,75-1 0 искомые значения обжатий составляют Е = вЂ” 7-97; с = 10-157. На основании этих результатов делают заключение о том, что для максимально возможного уплотнения металла достаточно и необходимо исходную заготовку . кубической формы за один цикл подвергнуть пластической деформации в трех взаимно перпендикулярных направлениях обжатиями 10-15Х.

Если полученную таким способом заготовку дополнительно теперь

202676 4

1О

50 проковать,, например, на пластину определенной толщины, то,вырезав продольные и поперечные образцы после механических испытаний, можно оценить влияние волокнообразования на анизотропию механических свбйств кованого металла.

Если расковку на пластину производят без промежуточных кантовок, осложняющих точныи расчет степеНи деформации, то деформированное состояние кованого металла оценивают по следующей эмпирической эависимос» ти

Я= 0,875 +Ехр (0,076 „вЂ” вЂ” 0,678) . ,(6) где соотношение - >1 характеризует

Н» величину укова.

Руководствуясь вышеизложенным, проводят испытание стали 25Х1М1Ф, Для этого половинки от кубической формы заготовок, подвергнутых ковке за один цикл в трех взаимно перпендикулярных направлениях обжатиями

10 и 15Х, проковывают без кантовок на пластины различной толщины. Поковки подвергают термической обработке по режимам, приведенным в табл.2, разрезают на продольные и поперечные образцы, а затем определяют уровень механических свойств кованого металла.

После этого для различных значений степени деформации 4, вычисляемой по . формуле (6), определяют значения параметра К, характеризующего аниэовЂ” тропию механических свойств. Резулв» таты расчетов представляют в виде графиков (фиг.2): где кривая i характериэует параметр К при использо вании известного способа, в кривая

2 вЂ” при использовании предлагаемого способа, штриховая линия отражает требования ГОСТа к механическим свойствам материала поковок.

Из сопоставления этих графиков видно, что по сравнению с известным способом согласно предлагаемому удается выявить анизотропию в физи- . ко-механических свойствах материала поковок;

1202676

Т а блица 1

Содержание химических элементов, Е

1 I 1 1

Марка стали

Si Mn Cr Ni М V S P

20 0,23 0,27 0,57 0,23 0,28 вЂ” вЂ” 0,024 0,027

40Х 0,29 0,37 0,78

1,0 0,24 вЂ” вЂ” 0,018 0,026

0,23 0,31 0,5! I 0 0,16 0,49- 0,020 0,023

15ХМ.

34ХНIМ 0,27 0,27 0,67 1,61 1,28 0,31- 0,018 0,028