Способ повышения конструкционной прочности материалов

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в авиа, судо- и машиностроении. Предлагаемый способ позволяет повысить конструкционную прочность цилиндрических деталей, изготавливаемых из термических незакаливаемых металлов. Для этого заготовку растягивают пластическим деформированием до накопленной деформации, определяют по заданной величине предела текучести. 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением применительно к повышению конструкционной прочности материалов пластическим деформированием и может быть использовано в авиа, судо- и машиностроении.

Известен способ повышения прочности материалов при комнатной температуре, согласно которому цилиндрическую заготовку из упрочняемого материала растягивают пластически, а затем пластически сжимают в направлении, противоположном растяжению. При этом растягивают заготовку до накопленной деформации e в пределах критической e_кр, соответствующей началу образования шейки, а сжимают до накопленной деформации, при которой проявляется первая стадия деструкции [1]. Однако по данному способу нельзя установить изменение предела текучести на сжатие σ_тс материала, продеформированного по указанному циклу нагружения заготовки в направлении, перпендикулярном оси последней, необходимого для оценки несущей способности упрочненных деталей.

Изобретение направлено на увеличение предела текучести на сжатие σ_тс в направлении, перпендикулярном оси цилиндрических деталей, на основе задания накопленной деформации e при растяжении их заготовок.

Это достигается тем, что, как и в известном способе, заготовку в виде цилиндра растягивают пластическим деформированием до накопленной деформации е в пределах критического значения, и по заданной величине предела текучести σ_тс деформацию e определяют из следующего соотношения: где β(e) = σ_0,2/σ_p(e) - параметр, характеризующий эффект Баушингера [3], и равный отношению условного предела текучести при сжатии σ_0,2 (с допуском на пластическую деформацию 0,002) предварительно растянутого образца до деформации e к напряжению растяжения σ_p (e) при этой деформации.

Кривую течения и функцию β (e) в этом соотношении аппроксимируют соответственно в виде: где A, n, e_o, β_o, c - характеристики материала, определяемые статической обработкой опытных значений σ и β.

Из соотношения (1) следует, что с увеличением деформации растяжения e предел текучести σ_тс монотонно возрастает. При e=0 предел текучести σ_тс становится равным пределу текучести пластически недеформированного материала - σ_т.

Установлено [2, 3] , что начально-изотропный материал при его пластическом деформировании становится из-за эффекта Баушингера анизотропным. В связи с этим коэффициент β (e) < 1, а предел текучести на сжатие (σ_тс) и растяжение (σ_тр) в поперечном направлении предварительно растянутых до накопленной деформации e цилиндрических заготовок будет отличаться друг от друга.

Согласно работе [2] можно получить также соотношение для расчета указанного предела текучести на растяжение Из сопоставления выражений (1) и (4) следует неравенство σ_тр < σ_тс. Для изотропно упрочняющихся β (e)= 1, и из указанных соотношений получают σ_тр = σ_тс.

Предлагаемый способ увеличения предела текучести на сжатие металлов подтверждается следующим примером исполнения. Для испытаний на растяжение были изготовлены цилиндрические образцы согласно ГОСТ 1497-84 диаметром 18 мм и рабочей длиной 120 мм из стали 13 H A со следующими характеристиками, определенными статистической обработкой опытных данных: A=800 МПа; n=0,2; e₀=0,0063; β_o =0,42; c=-100; σ_т=290 МПа; e_кр=0,2.

Опытные значения σ_тс получены по данным испытаний на сжатие коротких образцов размером 8х8х12 мм, изготовленных из пластически растянутых до различных степеней деформации e образцов. При этом значения σ_тс определялись по методике, изложенной в работе [4].

На чертеже представлены: сплошная линия - предел текучести на сжатие σ_тс, рассчитанный по соотношению (1); штриховая линия - опытная кривая измерения σ_тс.

Из приведенных данных следует, что при деформации растяжения e=0,2 превышение фактического значения предела текучести σ_тс относительно его исходного значения σ_т составляет ≈ 55%. Расчетные данные отличаются от фактических в пределах 5%.

Таким образом, предлагаемый способ увеличения предела текучести на сжатие σ_тс достаточно точно подтверждается экспериментом и, в связи с этим, использование его в промышленности позволит повысить конструкционную прочность многих цилиндрических деталей, изготавливаемых из термически незакаливаемых металлов. Применение его в качестве дополнительной технологической операции, например при изготовлении подшипников скольжения, даст возможность повысить их конструкционную прочность.

Источники информации 1. Авт. св. СССР N 1553565 МКИ C 21 D 7/00, 30.03.90 г. БИ N 12 (прототип).

2. Бакхауз Г. Анизотропия упрочнения. Теория в сопоставлении с экспериментом. Изв. АН СССР, МТТ, 1976, N 6, с. 120-129.

3. Дель Г. Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978, с. 23-36.

4. ГОСТ 25.503-80. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. Введен с 02.02.81.

Формула изобретения

Способ повышения конструкционной прочности металлов, обладающих эффектом Баушингера, включающий осевое растяжение заготовки до накопленной пластической деформации е в пределах критической деформации, отличающийся тем, что по заданной величине предела текучести σ_тс деформацию е определяют из следующего соотношения
где σ(e) = A(e_o + e)ⁿ - кривая течения материала;
β(e) = β_o + (1 - β_o)exp(ce) - характеризующий эффект Баушингера параметр, содержащий характеристики материала А, n, е_о, β_o, с.

РИСУНКИ

Рисунок 1