Сборник трудов конференции Павловские чтения 2010
Подождите немного. Документ загружается.
Пленарное заседание
50
При сжатии образцов, как было показано выше, если высота существенно превышает
диаметр, происходит потеря устойчивости в упругой области и образец изгибается. Для менее
высоких образцов возможна потеря устойчивости в пластической области также с изгибом
образца. При сжатии низких (H/D ≤ 2,0-2,5) образцов потеря устойчивости пластического течения
по механизму изгиба не происходит. Потеря устойчивости пластического течения таких образцов
по механизму формирования шейки также не может произойти, поскольку и наклеп материала
увеличивает несущую способность образца и геометрически за счет расширения сечения образец
упрочняется (рис.5). Потеря устойчивости пластического течения при сжатии низки образцов
происходит по другому механизму, известному всем как «ковочный крест». Название связано с
тем, что яркое изменение макроструктуры наблюдается чаще всего при ковке при ударных
нагрузках и не наблюдается при осадке, т.е. при статических условиях. Тем не менее, классическое
распределение неравномерной деформации по сечению цилиндрического образца наблюдается и в
статических условиях (рис.5), когда ярко выражены зоны затрудненной деформации, боковые
внеконтактные зоны с пониженным уровнем деформации и, наконец, зоны интенсивной
пластической деформации. С повышением скорости деформации и понижением температуры
область зоны интенсивной деформации уменьшается, и она превращается в зону локализации
деформации в виде ковочного креста, расположенного, как правило, под углом 45 градусов к
плоскости инструмента.
Рис.5. Схема осадки цилиндрического образца и зональная неравномерность деформации
при осадке: I – зоны затрудненной деформации; II – боковые внеконтактные зоны с малой
деформацией; III – зона интенсивной деформации.
Таким образом, можно сказать, что потеря устойчивости пластического течения при сжатии
наблюдается только в динамических условиях, т.е. с повышением скорости деформации.
I
I
I
I
I
I
I
II
H
D
H
1
D
1
Пленарное заседание
51
При продольной прокатке также как и при осадке наблюдается зональная неравномерность
деформации в поперечном сечении проката, вызванная влиянием внешнего контактного трения.
На рис.6 приведена характерная макроструктура образца крупнозернистой латуни, подвергнутого
обжатию при комнатной температуре 50%. Однако данный вид неравномерности деформации
вызван еще не потерей устойчивости пластического течения. Здесь зона интенсивной деформации
составляет около 50% площади сечения образца.
Вопросы устойчивости деформации при прокатке в литературе пока не обсуждаются.
Однако еще И.М.Павловым совместно с Ю.Ф.Тарасевичем, А.Е.Шелестом и Г.Г.Лешкевич, [4, 5]
было показано, что при прокатке на гладкой бочке в некоторых условиях происходит потеря
устойчивости пластической деформации и в поперечном сечении проката формируется зона
локализованной деформации в виде «ковочного креста». Такой же характер носит формирование
трещин на боковой внеконтактной поверхности проката. Особенно часто подобные эффекты
наблюдались при изучении титановых сплавов, которые оказались весьма склонны к локализации
деформации. Позднее была поставлена работа по изучению условий возникновения зон
локализации деформации на различных материалах при прокатке на гладкой бочке [6]. Позволю
здесь привести некоторые результаты этой работы.
Рис.6. Макроструктура поперечного сечения после обжатия латунного образца при
прокатке на гладкой бочке с обжатием 65%, характеризующая неравномерность пластической
деформации и основные зоны деформации.
Исследование возможности появления полос локализации деформации, а следовательно
потери устойчивости деформации проводили на примере титановых сплавах ОТ4, ВТ1, стали45,
латуни Л59 и Л62, алюминиевом сплаве Д16. Прокатку образцов прямоугольной формы,
клиновидной и ступенчатой формы (рис.7) проводили на стане ДУО 320 при температурах 20-900
0
С с обжатием от 5 до 80%. Скорость прокатки составляла около 0,5 м/с. Полосы локализованной
деформации выявляли на макрошлифах поперечного сечения после прокатки (рис.8).
Пленарное заседание
52
Рис.7. Форма использованных образцов: а) прямоугольные; б) клиновые; в) ступенчатые.
Рис.8. Характерная макроструктура с ярко выраженными полосками макролокализации
пластической деформации после прокатки на гладкой бочке с обжатием около 30%. Стрелками
показана величина сдвига волокон по полоскам локализации деформации. Увеличение 8.
L
L
L
1
L
2
L
3
L
4
B
1
B
2
B
3
B
4
а
б
в
Пленарное заседание
53
а.
б.
в.
Рис.9. Поперечное сечение образцов из сплава ОТ4 после прокатки на гладкой бочке с
различными обжатиями при комнатной температуре. Видны стадии развития локализации
пластической деформации: а) ε = 20,7%, Н/В = 0,707; б) ε = 23,3%, Н/В = 0,735; в) ε = 25,9%, Н/В =
0,763. Увеличение 8.
Пленарное заседание
54
Как видно из рис.9, полосы локализации деформации зарождаются в углах и развиваются
не сразу на всю глубину образца. С увеличением степени деформации локализация деформации
проникает на всю глубину образца и далее зоны затрудненной деформации вклиниваются друг в
друга. В работах И.М.Павлова [4, 5] описаны представления о причинах локализации при сжатии,
однако до сих пор не решена задача потери устойчивости течения в этих условиях.
Необходимо обратить внимание на то, что в проведенных экспериментах удалось получить
полосы локализации деформации для всех исследованных материалов. Для примера показана на
рис.10 макроструктура образца из алюминиевого сплава Д16 с ярко выраженной локализацией
деформации, причем полученная при достаточно высокой температуре.
Рис.10. Локализация пластической деформации, выявленная на макроструктуре
поперечного сечения круглого образца из сплава Д16, прокатанного на гладкой бочке при
температуре 350
0
С с обжатием 45%. Увеличение 7.
При обжатии образцов с ярко выраженной локализацией деформации возможно их
разрушение по полоскам локализации. При этом могут развиваться сплошные трещины в
направлении диагоналей (рис.11), которые могут не выходить на поверхность.
Рис.11. Макрошлиф продольного сечения «недоката» клиновидного образца из сплава ОТ4.
Потеря устойчивости пластического течения характерна не только для сжатия и
растяжения. Она в полной мере проявляется и при испытаниях на кручение в виде двух- или
четырехзаходных винтовых линий [11], т.е. возможна и при сдвиговых механизмах деформации в
процессах ОМД.
Пленарное заседание
55
Заключение
В работах И.М.Павлова уделено большое внимание пониманию механизмов пластического
течения и неравномерности деформации. Одной из распространенных причин возникновения
неравномерности деформации в процессах ОМД, в отдельных случаях приводящая к локализации
пластической деформации, является потеря устойчивости пластического течения деформируемого
тела. Механизмы потери устойчивости меняются в зависимости от схемы механического
нагружения (растяжение, сжатие, кручение), соотношения геометрических размеров и
температурно-скоростных условий деформации. Выявлены некоторые условия потери
устойчивости пластической деформации при прокатке прямоугольных образцов на гладкой бочке.
Литература
1. Павлов И.М. Теория прокатки и основы пластической деформации. Л.-М., ГОНТИ, 1938,
516 с.
2. Павлов И.М. Теория прокатки. (Общие обработки металлов давлением). М.:
Металлургиздат, 1950, 610 с.
3. Павлов И.М. Неоднородность в связи с пластической деформацией металла. В кн.:
Пластичность металлов и сплавов с особыми свойствами. М.: Наука, 1982, с. 5-17.
4. Павлов И.М., Тарасевич Ю.Ф., Шелест А.Е. В кн.: Процессы формоизменения металлов
и сплавов. М.: Наука, 1971, с.93-101.
5.
Павлов И.М., Тарасевич Ю.Ф., Лешкевич Г.Г. Некоторые случаи неравномерности
деформации и разрушения при прокатке на гладкой бочке. В кн.: Пластическая
обработка металлов и сплавов. М.: Наука, 1979, с.18-29.
6. Тарасевич Ю.Ф., Юсупов В.С. Изучение особых видов неравномерности деформации
при прокатке. В кн.: Пластичность металлов и сплавов с особыми свойствами. М.: Наука,
1982, с.58-62.
7.
Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке
металлов. М.: Машиностроение, 1969, 504 с.
8. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров. М.: Машиностроение,
1979, 567 с.
9. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т.1. М.: Металлургиздат, 1960, 376 с.
10.
Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977, 288 с.
11. Галкин А.М., Дыя Х., Кочуркевич Б. и др. К неравномерности течения металла в
условиях динамического нагружения. В кн.: Прогрессивные технологии пластической
деформации. М.:МИСиС, 2009, с.259-266.
Пленарное заседание
56
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
ПРОКАТА ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Райков Ю.Н.
ОАО "Институт Цветметобработка"
Пленарное заседание
57
Пленарное заседание
58
Пленарное заседание
59