Способ упрочнения материалов

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано в авиа-, судо- и машиностроении. Сущность изобретения заключается в раздаче внутренним давлением работающей на сжатие тонкостенной цилиндрической стойки до необходимой накопленной деформации, обеспечивающей увеличение условного предела текучести на сжатие. Предлагаемый способ позволит увеличить прочность сжимаемых тонкостенных элементов конструкций и тем самым повысить надежность машин и механизмов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может применяться в машиностроении, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности для упрочнения работающих на сжатие элементов конструкций в форме тонкостенных стоек из термически неупрочняемых металлов.

Известен способ [1] упрочнения проявляющих эффект Баушингера материалов заготовок, включающий пластическое растяжение до накопленной деформации е₁, и последующее сжатие в направлении растяжения до деформации е₂ с целью реализации изотропного упрочнения.

Недостатком данного способа является невозможность его применения для повышения прочности работающих на сжатие тонкостенных цилиндрических стоек в связи с их разупрочнением из-за проявления эффекта Баушингера [2], для оценки которого используется параметр β =σ _0,2/σ _р(е), где σ _0,2 - условный предел текучести, при сжатии предварительно растянутого образца до накопленной деформации е; σ _р(е) - напряжение растяжения при той же деформации.

Изобретение направлено на повышение прочности работающих на сжатие тонкостенных цилиндрических стоек из термически неупрочняемых металлов.

Это достигается тем, что тонкостенная цилиндрическая стойка подвергается раздаче внутренним давлением Р до накопленной деформации е, обеспечивающей увеличение условного предела текучести на сжатие σ _0,2с до требуемого значения. При этом соответствующее ему давление Р рассчитывают при указанной деформации, геометрических размерах (исходные толщина стенки t₀ и средний радиус R₀) стойки и характеристиках материала по формуле

а условный предел текучести на сжатие σ _0,2c определяют по соотношению

где А, n, - характеристики материала, устанавливаемые статистической обработкой опытной кривой течения (размерность А - МПа, а n<1 безразмерный показатель степени).

На чертеже показаны зависимости давления Р (1) и условного предела текучести на сжатие σ _0,2с (2) от накопленной деформации е.

Предлагаемый способ основан на экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что все конструкционные начально-изотропные металлы становятся при пластическом деформировании анизотропными [2, 3], т.е. их характеристики прочности, например условный предел текучести σ _0,2 (с допуском на пластическую деформацию 0,2%), будут зависимыми от направления деформирования. В связи с этим оценка повышенного относительно исходного предела текучести σ _T условного предела текучести на сжатие σ _0,2с провидится на основе модели анизотропно упрочняющегося тела Г. Бакхауза [2].

При действии внутреннего давления Р тонкостенная цилиндрическая стойка с толщиной стенки t_o и средним радиусом R₀(t₀≤0,1 R₀) растягивается в окружном направлении до накопленной деформации е, определяемой по соотношению

где R - текущий средний радиус стойки. Величина же давления Р, соответствующая этой деформации, рассчитывается по формуле (1).

В силу приобретенной деформационной анизотропии прочность стойки при сжатии в осевом направлении повышается и оценивается условным пределом текучести σ _0,2с, который определяют по полученной на основе модели Г.Бакхауза формуле (2) при заданной деформации е.

С целью удобства счета используется аппроксимация опытной зависимости β =β (e) в виде

где β ₀ – асимптотическое значение параметра β , определяемое статистической обработкой опытных данных.

Предлагаемый способ повышения прочности стоек подтверждается следующим примером.

Для расчета рассматривается стойка с толщиной стенки t₀=5 мм, средним радиусом R₀=50 мм из термически неупрочняемой нержавеющей стали 1Х18Н9Т с характеристиками А=1450 МПа; n=0,3; β ₀=0,38; σ _Т=385 МПа.

Подставив представленные числовые данные в соотношения (1)-(2), рассчитывают соответствующие друг другу давление Р и предел текучести σ _0,2с.

На чертеже представлены графики зависимостей давления Р и предела текучести σ _0,2с от накопленной деформации е, установленных по рассмотренному способу. Согласно этим графикам, например для повышения прочности на сжатие тонкостенной стойки до σ _0,2с=720 МПа, необходимо раздать эту стойку давлением Р=67 МПа. При этом предел текучести σ _0,2с по сравнению с σ _Т увеличивается на ~88%.

Таким образом, предлагаемый способ упрочнения работающих на сжатие тонкостенных цилиндрических заготовок может быть эффективно использован в промышленности.

Источники информации

1. А.С. №1756368, С 21 D 7/00.

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.

Способ упрочнения материалов, проявляющих эффект Баушингера, включающий пластическое растяжение до накопленной деформации, отличающийся тем, что тонкостенную цилиндрическую стойку подвергают раздаче до накопленной деформации е внутренним давлением Р, которое рассчитывают по формуле

где A, n - характеристики материала;

R₀, t₀ - соответственно исходные радиус и толщина стенки заготовки, а соответствующее этому давлению условный предел текучести на сжатие σ_0,2с при той же деформации определяют по соотношению

где β - характеризующий эффект Баушингера параметр.