Способ обработки металлических материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 5 А 1 19 51)5 С 21 0 7 00 И БРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ ТЕЛЬСТВУ 0 в о- ейне ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт(56) Гуляев А.П, Металловедение. М.; Металлургия, 1977, с. 83.Щербак А.М., Романов А.Н. Сопротивление малоцикловому деформированию и разрушению малоуглеродистых сталей при повышенных температурах в связи с эффектом старения. - Сб. "Структурные факторы малоциклового разрушения металлов", М.: Наука, 1977, с. 51-64. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к черной и цветной металлургии, в частности к практическому деформированию металлов растяжением и сжатием, однократным нагружению при нормальной темпеетение относится к черной и цветнои металлургии, в частности к пластическому деформированию металло растяжением и сжатием однократным на гружением при нормальной температуре,Цель изобретения - повышение пластических свойств материалов и конструкционной прочности в условиях действия растягивающих напряжений.Деформирование одноосным статическим растяжением проводится до любой. ратуре. Целью изобретения является по,вышение пластических свойств материалов и конструкционной прочности в условиях действия растягивающих направлений. Образец подвергают холодному пластическому деформированию растяжением. После растяжения осуществляют деформацию сжатием. При этом деформирование растяжением проводят в пределах стадии деформационного упрочнения, а сжатием - в направлении, противоположном растяжению до остаточных деформаций, соответствующих первой стадии деструкции, определяемой при испытании недеформированного материала. Образец из ст. 30 подвергают деформации растяжением до оста- ф точной деформации 237, а затем дополнительно сжатием в направлении, противоположном растяжению, на величину остаточной деформации 127 и подвергают испытанию одноосным статическим растяжением. При этом пластичность повышается ос 17 до 272, Ф с 42 до 472, 6 ил. остаточной деформации, соответствующей стадии деформационного упрочнения в пределах отили бщ до Еь (от площадки текучести до начаЛа л кализации деформации и появления ш ки). Деформирование ниже или выше ;интервала Е - 8 нецелесообразно, та как при ЯсЯ происходит только упругая деформация, которая полностью ус раняется после снятия нагрузки и, следовательно, не приводит к упрочнию. При бпластическая деформа-ция локализуется в небольшом объеме (шейке), что делает невозможным ее использование для упрочнения детали по всей длине (фиг. 1).Величина остаточной деформации при сжатии не является произвольной, Она выбирается на основе разработанного метода пластически-деструкционного , анализа, позволяющего проводить оценку повреждаемости (деструкции) материала. В соответствии с ним по кривой сжатия стрится деструкционная диаграмма, представляющая зависимость истинного напряжения течения Я от остаточной деформации ед . По диаграмме определяются деформация деструкции и деформация начала потери устойчивостй пластического течения материала 2 О (точки Э и Э) на участке деформационного упрочнения при сжатии. Пластическое деформирование при сжатии . проводят до остаточной деформации.в пределах от Ев, до Е, Деформирова ние сжатием до сЯв, приводит при последующем испытании растяжением к менее заметному снижению прочностных свойств по сравнению с упрочнением, достигнутым при предварительном растяжении, однако пластичность при этом получается существенно ниже. Деформирование сжатием до Я)Я,п уже не приводит к повышению пластичности при последующем испытании растяжением, а в отдельных случаях даже приводит к ее35 снижению из-за интенсивного развития повреждаемости на,стадии потери устойчивости пластического течения(фиг. 2).40Повышение пластичности при ограничении деструкционных характеристик в указанных пределах объясняется следующими причинами, В точке деструкцииВд возникает такая повреждаемость, 45 которая начинает оказывать влияние на поведение твердого тела в целом, причем с увеличением остаточной деформации вьппе этой точки доля деструкционных процессов в общей деформации возрастает, Возникает ансамбль микротрещин, расположенных достаточно однородно в объеме тела. В точке Эо производит новый этап развития повреждаемости, который заключается во взаимодействии этих трещин между55 собой, слиянии некоторых иэ них, что в конечномсчете приводит к появлению магистральной трещины. В случае прйменения схемы сжатие + растяжение (при окончательной деформации растяжением 3,87) на поверхности образца отчетливо наблюдаются микротрещины, при этом резко изменяется профиль поверхности, т.е. для изделий, работающих в услови- ях действующих напряжений растяжения, обработка по такому циклу является неблагоприятной: она естественно приводит к снижению пластичности.В случае предварительного деформирования по схеме растяжение + сжатие (при окончательной деформации 3,87) на поверхности образца уже практически не наблюдаются микротрещины (происходит их залечивание) и ее профиль близок к исходному, Такая обработка является благоприятной, поскольку она не приводит к возникновению повышенной повреждаемости. Процессы залечивания трещин наблюдаются и при рекристаллизационном отжиге деформированного материала, но только в том случае, когда процессы деструкции развиваются только в указанных интервалах деформирования. Выход за верхний предел этих ограничений приводит к необратимым структурным изменениям, что является причиной снижения характеристик пластичности.При холодном пластическом деформировании растяжением на стадии деформационного упрочнения прочность металла возрастает, а пластичность понижается, при этом отношение бод/6 ь, хат; рактеризующее ресурс пластичности, стремится к единице. При последующем деформировании сжатием в пределах Е 1, - бп вРеменное сопРотивление металла несколько понижается по сравнению с предварительным растяжением, в то время как предел текучести и отношение ,/бз уменьшаются намного сильнее, а относительное удлинение и сужение поперечного сечения возрастают, что свидетельствует о повьппении ресурса пластичности металла и, следовательно, конструкционной прочности изделий.Проведенные исследования показали, что аналогов предлагаемому способу обработки нет.П р и м е р 1Отожженную сталь 30 испытали одноосным статическим сжатием: определили интервал деформаций, в котором происходит развитие деструкционных процессов и сохраняется устойчивость пластического течетановленного интервала не позволяют получить такие результаты: оно приво дит к более низким значениям пластичности, Действительно, если деформация сжатием составляет 57, т.е. ниже нижнего предела установленного интервала (таблица, пункт 3), то в этом случае относительное удлинение составляет 207 по сравнению с 27%, а поперечное сужение - 44% по сравнению с 47%. При этом ресурс пластичности и конструкционная прочность также.уменьЪаются, о чем свидетельствует повышение отношения (0 п /(р до 0,9. Есди же деформация стали составляет 16%, т.,е, она вьнпе верхнего предела установленного интервала (табл., пункт 5),.то и в этом случае характеристики пластичности получаются ниже: 8 = 23% по сравнению с 27% и Ф = 407 по сравнению с 47%.Таким образом, растяжение конструкционной стали в пределах участка деформационного упрочнения и последующее сжатие в пределах от деформации деструкции до начала потери устойчивости пластического течения материа-. ла приводит к одновременному повьппе 30 нию пластичности и конструкционной прочности стали,П р и м е р 2В качестве базового объекта выбрана втулка шарнирно- болтового соединения, изготавливаемая из алюминиевой бронзы Бр АЖН 10-4-4 и Бр АЖМ 10-3-1,5. Условия эксплуата-. ции втулки предполагают возникновение в ней напряженийРастяжещя в направлении продольной оси, которые в пределе приводят к ее разрушению, т.е. на последнем этапе .работа детали контролируется растягивающнми усилиями. Учитывая то обстоятельство, что Фактически все упрочняющие обработки приводят одновременно к снижению пластичности, то для условий действия в детали растягиваюцих напряжений это существенно затрудняет, а часто даже исключает воэможность применять для этой цели такие способы упрочнениякак холодная пластическая деформация.В этих случаях эффективным являетсяпредлагаемый способ одновременного повышения при холодной пластической деформации как прочности, так и пластичности, что в конечном счете приводит к увеличению конструкционнойпрочности детали. 5 1553565ния, Он оказался в пределах 9-13% остаточной деформации, Группу образцовподвергли пластическому деформированию одноосным статическим растяжени-,ем до остаточной деформации 237., со 5ответствующей концу стадии деформационного упрочнения (точка В на диа, -грамме растяжения). Другую группуобразцов продеформировали точно также растяжением, а затем дополнительно сжатием в направлении, противоположном растяжению, на величину остаточной деформации 127., находящуюся,в указанном интервале. После этоговсе образцы, включая сталь в исходномсостоянии, испытали одноосным статическим растяжением.Механические свойства представле-"ны в таблице, ЮАнализ результатов испытаний показал, что деформирование стали 30 на237 (таблица, пункт 2) приводит к резкому упрочнению отожженной стали иснижению ее пластичности: 80 п возрастает с 390 до 690 МПа, бь - с 570 до690 МНа, при этом 60/6 в = 1; 8 понижается с 44 до 17%, а- с 52до 42%.Деформирование сжатием на 127 (впределах установленного интервала)после растяжения на 23% (таблица,пункт 4) приводит к снижению б,п с 690до 490 МПа, а бв - с 690 до 600 МПа,одновременно существенно повьппаютсяхарактеристики пластичности: 8 в . с 17до 27%; / - с 42 до 477; изменяетсявид диаграммы нагрузка - деформацияпо сравнению с диаграммой стали, упрочненной только растяжением: днаграмма удлиняется, на ней появляютсядве стадии, характеризующие пластическое течение (фиг. 3). При этомрезко возрастает ресурс пластичностистали и конструкционная прочность изделий, о чем свидетельствует заметноеснижение отношения бой 6 в, (до 0,8).Кроме того, если сопоставить результаты, полученные после обработки пооптимальным параметрам (таблица,пункт 4), со свойствами отожженной идеформированной только растяжениемстали, то можно отметить что эффект,повьппения пластичности еще более значителен, при этом прочносные характеристики получаются выше чем вотожженном состоянии.Деформирование сжатием с остаточными деформациями ниже или выше ус1553565 6, О,Ю 1 а 7. ОД ь ИПа бв РУи/ийеаев8 растяж. Е сжатия 44 52 0,7 17 42 1,0 20 44 0,9 27 47 0,8 23 40 0,8 0 0 5 12 16 390 570 690 .690 610 670 490 600 480 590 1 2 3 4 0 23 23 23 23 С этой целью обработку нужно вести Ь следующей последовательности.В срответствии со штатным технолоическим процессом втулка вытачивает 5 ся из холоднотянутой трубы с повышенНым комплексом механических свойств: 33 650 МПа, д ) 57. Указанные свойства получают в результате холоднойастической деформации исходной циО индрической заготовки со степенями еформации растяжением Е й 407, т.е.исходном материале холоднотянутой рубы реализуется первый этап упрочения материала растяжением: упрочнее в области деформаций, исключающих х локализацию с образованием шейки.Следующая операция изготовления/етали предусматривает вырезку иэ рубы цилиндрической заготовки (фиг.4)20высотой С , определяемой предель" ой степенью деформации сжатием в бласти от деформации деструкции до ачала потери устойчивости пластического течения материала по формуле 25 1 де Е - степень деформации сжатием;высота заготовки после сжатия.3 ОПолученная заготовка высотойподвергается осадке на прессе до выСоты С т.е. реализуется второй этап ефориирования детали сжатием с деормациями в интервале от деформацииЭ Степень предварительной деформации, 7 деструкции до начала потери устойчивости пластического течения (Фиг,5).Иэ полученной заготовки вытачивается деталь (втулка) в соответствии с требованиями фиг. 6.По предлагаемой технологии изготовлено 5 втулок шарнирно-болтового соединения и проведены их испытания на лабораторном стенде с целью проверки эффективности предлагаемого способа, Оценка остаточных деформаций по сравнению со штатными изделиями показала преимущественно упрочненных по предлагаемой технологии втулок не менее, чем на 207. по остаточной деформации при одновременном повышении напряжения течения не менее, чем на 15%. ф о р м у л а изобретения Способ обработки металлических материалов, включающий однократное холодное пластическое деформирование в пределах стадии деформационного упрочнения растяжением с последующим сжатием, о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с целью повышения пластических свойств материалов и конструкционной прочности в условиях действия растягивающих напряжений, сжатие проводят с деформациями, превышающими деформацию деструкции, но не вьппе деформагчи начала потери устойчивостипластического течения материала.1553565 Доогромио ростжюнойДермвря 8. 8 -осщоптчнся дорОрноцц на модцц Зежариоцтнного упрочненциФиг.1451553565 Составитель А. ОрешкиРедактор Н. Киштулинец Техред А.Кравчук Корректор Н. Ревс Заказ 437 Тираж 503 . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10