Способ упрочнения металлов

ффф ОГОЗ СОВ ОЦИАЛИС ЕСПУБЛИ ких х 21 0 7/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР НИЯ ПИСАНИЕ ИЗ ОБРЕ ТВУКОМУ К АВТО И,ЦЕ Изобретение относится к технологии ции - 11, соответствующей потере. устойчи- Ц машиностроения применительно к повыше- вости формы равновесия (началу образова- (,Д нию эксплуатационных свойств металлов ния шейки), а сжатием - до накопленной р пластическим деформированием и может пластической деформации 2, соответствую- р применяться в авиастроении, судостроении щей первой стадии деструкции.и других отраслях народного хозяйства, Недостатком данного способа упрочне.Известен способ повышения конструк-ния является проявление при этом анизот-ционной прочности металлов в условиях ропностиупрочнения образца, в результате действия растягивающих напряжений при чего предел текучести, являющийся ддним комнатной температуре, согласно которому из важнейших прочностных характеристик образец в начале растягивают пластически, материалов зависит от направления по-) а затем пластически сжимают в направле- следующегодеформирования, и при сжатиитивоположном растяжению. При (растяжении) в осевом и поперечном наормирование растяжением прово- правлениях указанная механическая хараккопленной критической деформа- теристика становится,.в связи с эффектом нии, про этом деф дят до на(56) Авторское свидетельство СССР Я 1553565, кл, С 21 О 7/00, 1987,Дель Г.Д, Технологическая механика, - Машиностроение, 1978, с. 26 - 40.Хван Д,В Бочаров В.Б. Исследование эффекта Баушингера при линейном напряженном состоянии. Проблемы прочности, 1989, М 8, с. 112-114,Дель Г,Д, Деформируемость материалов с анизотропным упрочнением. Сб. Прикладные задачи механики сплошных сред, Воронеж, ВГУ, 1988, с, 16 - 19,Бакхауз Г. Анизотропия упрочнения. Теория и сопоставление. с экспериментом. Изв. Ан СССР; МТТ, 1976, Ь 6, с. 120 - 129.Талыпов Г, Б. Исследование эФФекта Баушингера. Изв, АН СССР, Механика и машино строение, 1965, Ь 6, с, 131-137.(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (57) Сущность изобретения: способ включает деформирование в прямом направлении до накопленной пластической деформации в пределах критической, соответствующей началу потери устойчивости формы равновесия, и деформирование в обратном направлении накопленной. пластическойдеформации, определяемой из соотношения (М 1)" =2 ехрС 1(Ь - 11)1 где 1 - деформация в прямом направлении; 12 .деформация в.обратном направлении, и, Си С 2- характеристики металла. 3 ил., 1 табл,Баушингера меньшей по сравнению с исходной.Целью изобретения является пс учениепластическим деформированием изотропности упрочнения металлов, для которыхреализуется эффект Баушингера.Поставленная цель достигается тем, чтонакопленную деформацию в обратном направлении г определяют по формуле2 и(2)п 2 ехр(С,(г 1)с) (1)где и, С 1, Сг - характеристики металла.Реализация предлагаемого способа позволяет по сравнению с известным значительно повысить эксплуатационныесвойства металлов, применяемых для изготовления различныхдеталей машин, например валов,Сущность предлагаемого изобретениярассматривается на примере пластическогодеформирования цилиндрического образцавдоль его оси растяжением - сжатием,На фиг, 1 и 2 приводятся графическиезависимости предлагаемого способа, где пооси ординат откладывается интенсивностьнапряжений о, а по оси абсцисс - накопленная пластическая деформация (параметр удквиста) - 1; о - исходный пределтекучести начально-иэотропного металла;о(1) - кривая течения, д(11) - интенсивностьнапряжений при растяжении (сжатии) образца до:накопленной пластической деформации - 1: о (г) - интенсивностьнапряжений, соответствующая накопленной пластической деформации - г; Оо,г -условный предел текучести металла при последующем после полной разгрузки сжатии(растяжении); ао,г - напряжение при дополнительном сжатии (растяжении) образца до накопленной пластическойдеформации г,которое принимают за повышенное значение изотропного предела текучести металла; на фиг. 3 - устройство дляреализации предлагаемого способа,Образец из упрочняемого металла растягивают вдоль его оси до накопленной пластической деформации 11 (участок АВ),значенйе которой не должно превышатькритического, соответствующего потере устойчивости формы равновесия, т, е. образования шейки, После достижения указаннойдеформации образец полностью разгружают и дополнительно сжимают вдоль его осидо накопленной деформации 1 г (участокСО), соответствующей напряжению сЪ,гПри этом в зависимости отвеличййы деформации И достигают различной степени изотропного упрочнения металла, Здесьследует иметь в виду, что соглаСно определению накопленной деформации всегда 1О, 1 г 11, а величина пластической деформации при обратном нагружении равна разности (1 г - 11). 5 Рассмотренный эффект можно реализовать деформированием образца и при цикле нагружения сжатие - растяжение, а также реверсивным закручиванием тонкостенных трубок. 10 Из уравнений состояний для рассматриваемого цикла нагружения образца (фиг. 1) получают соотношениеР - Р М о(1 г) - 2(1 - Р(11 0 (11)ф 1,12-11)(2) 15 где ф(1) =сд,гетр(1) - параметр, характеризующий эффект Баушингера, и равный отношению условного предела текучести при 20 сжатии о 3,г. предварительно растянутого образца до деформации 1 к напряжению растяжения др (1) при этой деформации;р(1 г - 11) - функция, учитывающая наследственное влияние истории нагружения,Зкспериментальные данные свидетельствуют о том, что при накопленных деформациях0,04, 3 (1)Ысопзс. В связи с этим в соотношении (2) можно при указанных деформациях принять 30 Р (1) = Р (1 г)Кривую течения ст= о (1), как правило, при развитых деформациях аппроксимируют в видеА 1 п 35 где А, и - характеристики материала, при. чем, и - упрочняемость материала и равно критической деформации при растяжении.На основании изложенного соотношения (2) приводят к форме 40 (ИИ)" =2 р (1 г- И). (4)Функцию предлагается определять по следующему вцражению;у = ехр(С 1( - 1 о)сг), (5)где 1 о - накопленная деформация, при до стижении которой проходит смена знака деформирования (например, переход от растяжению к сжатию в одном и том же направлении);1 - накопленная деформация при дефор мировании в обратном направлении; Сь Сг - характеристики материала.После подстановки (5) с учетом- г, 1 о; в (4) получают формулу (1).Характеристики С 1, Сг определяют ста тистической обработкой эксперименталь ных значений р ( - 1 о), рассчитываемых по формуле (4)И)включающей резул таты испытаний цилин- Устройство (фиг. 3) представляет собойдрических образцов на растяжение с после- стальной цилиндрический корпус 1, в котодующим сжатием (или наоборот). В этом рыйзапрессованооснование 2,асверхузасоотношении сгр(1) - растягивающее напря- крывается подвижным пуансоном 3. Дляжение при монотонном деформировании пооведения испытаний на образец 4 с наглообразца (фиг. 2); ос (1) - напряжение сжатия 5 танной на него фторопластовой пленкой 5после растяжения образца до накопленной накладываются и скрепляются винтовымсодеформации о; Ор (1 о) - растягивающее на- единением две смыкающиеся по диаметпряжение при деформации 1 о; ф(1 о) - пара- ральной плоскости половинки стальнойметр, характеризующий эффект обоймы 6 сразъемной медной втулкой 7,Баушингера при накопленной деформа 10 Образец с обойлой устанавливается в корции 1 о. пусе 1, внутренняя. поверхность которогоВеличину повышенного значения пре- сопрягается с наружной поверхностьюдела текучести определяют по полученной обоймы по посадке движения, и нагружаетсогласно теории (5) форлуле ся через пуансон 3 силой Р. Упор 8 предотГХ 0,2 -1+Я(12) . 15 вращает осевое смещение обоймы со2Г(2),сменной втулкой относительно образцаили с учетом соотношения (3) вниз,Сгв,г1+Р 1 гА 2,П р и м е р, Для испытаний на растяжение - сжатие изготовлены цилйндрическиегде Р (12) - параметр, характеризующий эф 20 образцы диаметром 18 мм и рабочей длинойфект Баушингера при деформации г. 130 мм из отожженной при 1013 К стали 45Для пластического сжатия длинномер- - с %= 360 МПа, и = 0,16, С 1=-18,75, С 2 =ных образцов используется изложенный в =+0,85. Одна партия образцов(5 шт,) растянуработе способ. та до накопленной деФормации 1 = 0,072,Для предотвращения потери устойчиво вторая партия (5 шт,) - сжата до деформациисти формы равновесия длинные цилиндри = 0,336, после чего образцы первойческие образцы сжимаются в осевом партии дополнительно сжаты, а второйнаправлении в разьемной обойме со встав- партии - растянуты до расчетной деформаленной внее сменной, разрезанной на две ции 12. Для экспериментального определечасти по диаметральному сечению, метал" 30 ния условного предела текучести со,г прилической втулкой, обеспечивающей экспе- сжатии в направлении, поперечномоси плариментально обоснованный зазор между стически деформированных образцов, изсоприкасающимися поверхностями послед- последних изготавливалйсьобразцы прямоней и образца, равный 0,25-1,00 О поперец- угольной формы размером 7 х 8 х 12 мм.ной деформации, что согласно условию 35 Расчетные и усредненные эксперименпластической несжимаемости, материалатальные данные приведены в таблице,соответствует 0,5-2,0 О осевой деформа- Максимальное отклонение расчетныхции. Осадка образцов до заданной степени значений сВ,2 от опЫтных для первой пар-деформации производится ступенями с ша- тии образцов составляет 4 оа для вто-,гом 0,5 - 2,0 Д с последующей полной раз рой - "2;6, а превышение их относительногрузкой и заменой при этом втулки, Длина исходного предела текучести с составляетобоймы и диаметр отверстия в ней должны соответственно 30 и 580 О.обеспечивать ступенчатое деформированиеПроведены испытания также по известобразцов до деформации 150, Дальней- ному способу. При этом указанные образцышее деформирование этого образца произ (5 шт.) растянуты до накопленной деформаводится уже в другой, соответствующих ции=0,16 и сжаты в осевом направленииразмеров обойме со сменными втулками,. до накопленной деформации 12 = 0,24, соотДля уменьшения сил трения, которые ветствующей напряжению о (12) =750 МПа,могут возникнуть вследствие возможного При повторном осевом растяжении усл;вупругого искривления образца на соприка ный предел текучести ОЬ,2 =310 МПа, а присающиеся поверхности последнего и вдул- сжатии прямоугольных образцов в поперечки, наносится слой сухой смазки, в качественом направлении Ж,г = 370 МПа, В данномкоторой можно использовать, например, случае исследуемая сталь в результате цикфторопластовую пленку толщиной (20 - 50) лического пластического деформираваниямкм. При этом для регулировки вышеука упрочнилась анизотропно, т. е, пределы тезанного зазора в требуемых пределах реко- " кучести од,г при растяжении - сжатии вмендуется наматывать на рабочую осевом направлении и сжатии в поперечномповерхность образца пленку в (1-3) слоя, направлении оказались разными,Таким образом, предлагаемый способ изотропного упрочнения металлов достаточно точно подтверждается экспериментально, и позволяет повысить механические характеристики многих термически необрабатывающихся металлов, например, малоуглеродйстых сталей, применяемых в народном хозяйстве. Использование его в качестве новой технологической операции для получения упрочняющего эффекта пластическим деформированием позволит по- высить конструкционную прочность валов, и тем самым увеличить их эксплуатационную надежность,Формула изобретения Способ упрочнения металлов, преиму. щественно для которых реализуется эффект Баушингера, включающий деформирование в прямом направлении до накопленной пластической деформации в пределах критической, соответствующей 5 началу потери устойчивости Формы равновесия, и деформирование в обратном направлении до заданной накоплен.ной деформации, отличающийся тем, что, с целью получения изотропности 1 О упрочнения, деформацию в обратном направлении определяют из соотношения- )" = 2 ехр ГС СЬ - И) 3,11где 1 и 12 - деформация в прямом и обрат- "5 ном направлениях;и, С 1 и С 2 в . характеристики металла.Редактор Н. Рогули ереши3063 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гаг Составитель В Техред М,Мор итайский тал Корре