Способ упрочнения металлов

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в авиа-, судо- и машиностроении. Заготовки валов перед закручиванием подвергают растяжению до накопленной деформации е. При этом по заданному условному пределу текучести на сдвиг τ _0,3 (с допуском на пластический сдвиг 0,3%) определяют накопленную деформацию решением уравнения , где σ(е)=Ае ⁿ - кривая течения материала β(e)=β ₀+(1-β ₀)ехр(с·е) - параметр, характеризующий эффект Баушингера; А, n, β ₀, с - характеристики материала. Предлагаемый способ позволит повысить конструкционную прочность валов из термически не упрочняемых металлов и тем самым повысить надежность машин и механизмов. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением применительно к повышению прочности термически не упрочняемых металлов и может быть использовано в авиа-, судо- и машиностроении.

Известен способ упрочнения металлов, для которых реализуется эффект Баушингера, включающий пластическое растяжение заготовки до накопленной деформации е₁, и последующее сжатие в направлении, противоположном растяжению до накопленной деформации е₂. При этом расчетом устанавливают указанные деформации, обеспечивающие изотропное упрочнение металла.

Недостатком данного способа является невозможность его применения для повышения прочности работающих при знакопеременном кручении валов.

Изобретение направлено на повышение прочности работающих при знакопеременном кручении валов из термически не упрочняемых металлов.

Это достигается тем, что заготовки валов подвергают растяжению до накопленной деформации е. При этом по заданному условному пределу текучести на сдвиг τ _0,3 (с допуском на пластический сдвиг 0,3%) определяют накопленную деформацию решением уравнения

Здесь β(е) - параметр, характеризующий эффект Баушингера и равный отношению условного предела текучести при сжатии предварительно растянутого образца до накопленной деформации е к напряжению растяжения σ _р(е) при этой деформации; σ(е) - кривая течения металла.

Для удобства счета кривую течения и функцию β(е) в этом соотношении аппроксимируют в виде

где А - характеристика материала, определяемая статистической обработкой опытной кривой течения материала σ=σ(е) и имеющая размерность МПа;

n<1 - безразмерный показатель степени, определяющий нелинейность функции σ=σ(е) и устанавливаемый так же, как и A; β ₀ - асимптотическое значение параметра β, определяемое статистической обработкой опытных значений β=β(е); с - константа, устанавливаемая так же что и β.

На графике, изображенном на чертеже, показаны зависимости касательных напряжений τ от накопленной деформации е.

Установлено [2, 3], что начально-изотропный материал при его пластическом деформировании становится из-за эффекта Баушингера анизотропным. Для оценки повышенного значения предела текучести на сдвиг τ _0,3 используется теория анизотропного упрочнения Г. Бакхауза [3], согласно которой получают соотношение (1).

Предлагаемый способ упрочнения валов подтверждается следующим примером исполнения.

Для испытаний были изготовлены из стали аустенитного класса (термически неупрочняемые) 1Х18Н9Т цилиндрические образцы диаметром 17 мм и рабочей длиной 110 мм. Характеристики указанной стали: А=1450 МПа; n=0,3; β ₀=0,38; с=-100; σ _T=385 МПа.

Перед закручиванием для оценки предела текучести на сдвиг τ _0,3 образцы (по 3 шт.) растягивались до деформации е=0,040; 0,084; 0,126.

На графике, изображенном на чертеже, указаны: 1 - диаграмма сдвига τ(е), построенная согласно теории пластичности Мизеса [2]

2 - зависимость (1); 3 - предел текучести материала на сдвиг при обратном кручении, определенный согласно формуле (2) для оценки параметра, характеризующий эффект Баушингера при кручении с учетом соотношения (5)

точки - опытные значения предела текучести на сдвиг при кручении пластически растянутых образцов.

Из анализа приведенных данных следует, что с увеличением предварительной деформации (е≥0,03) наблюдается монотонный рост предела текучести τ _0,3 по отношению к исходному значению τ _T и данные расчета с отклонением ~10% подтверждаются экспериментом. Например, при деформации е=0,2 увеличение предела текучести на сдвиг относительно τ _T составляет ~54%. Предел текучести с учетом эффекта Баушингера (5) при деформациях е≤0,2 оказывается ниже исходного предела текучести τ _Т = 220 МПа.

Таким образом, предлагаемый способ упрочнения металлов достаточно точно подтверждается экспериментом, и в связи с этим использование его в промышленности позволит повысить конструкционную прочность валов, изготавливаемых по тем или иным техническим причинам из термически неупрочняемых металлов.

Источники информации

1. А.с. РФ №1756368, С 21 D 7/00 (прототип).

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

3. Бакхауз Г. Анизотропия упрочнения. Теория в сопоставлении с экспериментом. Изв. АН СССР, МТТ, 1976, №6, с.120-129.

Формула изобретения

Способ повышения прочности металлов, обладающих свойством проявления эффекта Баушингера, включающий пластическое растяжение и определение накопленной деформации, отличающийся тем, что по заданному пределу текучести τ _0,3, для работающих при знакопеременном кручении валов накопленную деформацию е определяют решением уравнения

где σ(е)=Ае ⁿ - кривая течения металла;

β(e)=β ₀+(1-β ₀)ехр(с·е) - параметр, характеризующий эффект Баушингера;

А, n, β ₀, с - характеристики материала.

РИСУНКИ