ВЛИЯНИЕ  ПАРАМЕТРОВ  ТЕРМОСИЛОВОЙ  ОБРАБОТКИ  НА  РАВНОМЕРНОСТЬ  ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Семенов  Кирилл  Олегович

студент  5  курса,  кафедра  «Оборудование  и  технологии  машиностроительного  производства»,  ТГУ,  РФ,  г.  Тольятти

E-mail: 

Расторгуев  Дмитрий  Александрович

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  «Оборудование  и  технологии  машиностроительного  производства»,  ТГУ,  РФ,  г.  Тольятти

Целью  термосиловой  обработки  (ТСО)  является  повышение  стабильности  размеров  и  формы  длинномерных  маложестких  осесимметричных  деталей  за  счет  устранения  направленных  осевых  остаточных  напряжений  по  ее  длине,  оставшихся  после  заготовительной  операции;  уничтожение  технологической  наследственности  за  счет  формирования  в  материале  обрабатываемой  заготовки  мелкодисперсной  разнонаправленной  текстуры,  что  ведёт  к  более  равномерному  распределению  осевых  остаточных  напряжений  по  длине  детали  [1].

Сложность  математического  описания  ТСО  состоит  в  том,  что  исходное  распределение  температуры,  остаточных  напряжений,  пластичес­ких  деформаций  в  объеме  заготовки  неизвестно,  или  нет  измери­тельных  средств,  позволяющих  контролировать  текущее  распределение  этих  параметров.  В  ходе  термосилового  нагружения  измеряются  температура  среды  печи  и  интегральная  величина  упруго-пла­стических  деформаций  [2].

Для  сведения  к  минимуму  коробления  ва­лов  целесообразно  обеспечить  при  термообработке  под  нагрузкой  достаточное  развитие  пластической  деформации.  Технологической  трудностью  является  сохранение  однородного  по  сечению  поля  остаточных  напряжений  минимального  по  величине  до  температуры  окружающей  среды,  т.  к.  при  остывании  и  разгрузке  не  обеспечивается  условие  совмест­ности  упруго-пластических  деформаций.  Потеря  геоме­трической  точности  изделия  напрямую  связана  с  возникновением  остаточных  напряжений  первого  рода,  возникающих  из-за  неравномерности  пластических  деформаций  металла,  неоднородности  температурного  поля  заготовки  в  процессе  охлаждения,  разновременности  протекания  процесса  структурных  превращений  [3].

Для  минимизации  уровня  остаточных  напряжений  необходимо  устранить,  свести  к  нулю  выше  перечисленные  причины  возникновения  остаточных  напряжений.  Для  решения  этой  задачи  необходимо  задавать  технологические  параметры  процесса  ТСО  в  оптимальных  интервалах.  Трудность  состоит  в  том,  что  нет  одно­значных  зависимостей  между  текущими  и  конечными  параметрами  в  процессе  ТСО.  За  основные  параметры  управ­ления  были  приняты  —  температура,  продольная  и  крутильная  деформации.

Для  конструкционных  сталей  характерно  наличие  участков  со  слабой  зависимостью  предела  текучести  от  температуры,  причем  такие  участки  лежат  в  интервале    или  проходят  через  него,  а  неко­торые  стали  (40HM),  имеют  участки  повышенного  значения  преде­ла  текучести  при  нагреве.  Для  изделий  из  таких  сталей  требу­ется  особо  тщательно  выбирать  ту  величину  пластической  дефо­рмации,  на  которую  скачкообразно  и  локально  деформируются  микрообъемы  металла  при  выходе  за  предел  упругости  —  критическая  деформация  для  различных  материалов  разная,  но  не  пре­вышает  4%.  При  переходе  за  предел  текучести  одновременного  охвата  пластической  деформацией  всего  объема  металла  не  про­исходит  до  тех  пор,  пока  все  микрообъемы  металла  не  окажутся  охваченными  пластической  деформацией  критической  величины.  Только  после  этого  возможна  одновременная  деформация  всего  объема  материала.

Следовательно,  контроль  за  неравномерностью  пластической  деформа­ции  по  длине  изделия  необходим.  Как  и  необходим  критерий,  характеризующий  среднюю  неравномерность  пластических  деформаций:

  (1)

Значениеблизкое  к  единице,  свидетельствует  об  од­нородности  пластических  деформаций  материала  по  всей  длине  заготовки.  Значение    с  увеличением  средней  деформации  постепенно  уменьшается,  а  принаблюдается  значительный  разброс  данных  и  большое  значение  коэффициента(от  1,5  до  2)  при  исследуемых  температурных  (температура  отпуска)  режимах  ТСО.  Для  изделий  из  сталей  30ХГСА,  34ХМ10А,  12Х18Н10Т,  ТСО  лу­чше  проводить  при  300…320  °С,  т.  к.  предел  текучести  при  этой  температуре  снижается  на  20…25  %  и  зависимость  от  темпе­ратуры  нагрева  слабая. 

Образцы  изготавливались  из  проката  по  стандарту  на  испытания  на  растяжение  длиной  —  90  мм,  и  диаметром  —  10  мм  из  сталей  35,  12Х18Н10Т  из  одной  партии  заготовок.  На  каждом  образце  алмазной  иглой  наносились  риски  через  каждые  12  мм,  глубиной  до  0,2  мм. 

С  целью  установления  влияния  термосиловой  обработки  на  геометрическую  точность  образцов  измерение  производилось  до  и  после  испытания.  Оба  раза  измерялись  следующие  параметры:

·     не  прямолинейность  оси  образца;

·     расстояние  между  соседними  рисками  в  четырех  сечениях  через  каждые  90°;

·     диаметр  образца  на  каждом  участке,  на  которые  он  разделятся  рисками.

Описанные  выше  измерения  производятся  сразу  по  окончании  испытания,  затем  с  целью  отследить  изменение  геометрии  детали  с  течением  времени  3—5  раз  через  каждые  24  часа.

Испытания  проводились  на  разрывной  машине  ЗИМ  Р-20,  оборудованной  нагревательным  элементом.  Отклонения  от  условленной  заданной  температуры  испытания  не  превышали:  при  температуре  нагрева  до  600  °С  ±  3  °С.

При  проведении  испытаний  для  каждого  из  материалов  варьировались  следующие  параметры:

·     температура  испытания;

·     скорость  деформации;

·     величина  деформации.

Результаты  эксперимента  приведены  в  таблице  1,  2  и  на  рисунке  1.

Таблица  1.

Результаты  экспериментов  для  стали  12Х18Н10Т

Таблица  2.

Результаты  экспериментов  для  стали  35

Рисунок  1.  Двухпараметрические  зависимости  коэффициента  локальности  от  режимов  обработки  для  стали:  а  —  12Х18Н10Т;  б  —  стали  35

На  основании  проведенных  исследований  и  анализа  полученных  результатов  следует:

1.  Материал  заготовки  значительно  влияет  на  равномерность  деформирования  по  длине  заготовки,  и  для  сплава  12Х18Н10Т  коэффициент  локальности  оказался  выше,  чем  для  стали  35;

2.  Режимы  термосиловой  обработки  по  разному  влияют  на  равномерность  деформирования  и  общие  тенденции  следующие:  увеличение  скорости  деформирования  и  снижение  величины  деформации  приводит  в  среднем  к  росту  коэффициента  локальности;  для  температуры  существует  оптимальный  диапазон,  где  равномерность  деформирования  повышается.

Список  литературы:

1.Драчев  О.И.  Новая  технология  термосиловой  обработки  маложестких  валов  /  О.И.  Драчев,  Д.Ю.  Воронов,  Д.А.  Расторгуев  //  Известия  Волгоградского  государственного  технического  университета.  —  2004.  —  №  1.  —  С.  32—35.

2.Драчев  О.И.  Повышение  эффективности  обработки  маложестких  валов  при  комбинированном  термосиловом  нагружении  /  О.И.  Драчев,  Д.А.  Расторгуев,  М.В.  Старостина  //  Металлообработка.  —  2012.  —  №  3  (69).  —  С.  30—35.

3.Драчев  О.И.  Моделирование  упруго-пластических  деформаций  при  термосиловой  обработке  /  О.И.  Драчев,  Д.А.  Расторгуев,  М.В.  Старостина  //  Вектор  науки  Тольяттинского  государственного  университета.  —  2012.  —  №  3.  —  С.  80—85.