Кривые упрочнения металлов при холодной деформации

Кроха В.А.

Машиностроение, 1968 г.

ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕКУЧЕСТИ

1.       ОСНОВНЫЕ  ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕКУЧЕСТИ

Известно большое количество методов построения кривых упрочнения как для пруткового, так и листового материала. Напряжение текучести может быть определено по результатам испытания на растяжение, сжатие, кручение, вдавливание, изгиб и др.

Главные критерии, определяющие целесообразность применения того или иного метода построения кривых упрочнения, следующие:

а) высокая точность определения напряжения текучести и степени деформации; .

б) получение незначительных ошибок при измерении необходимых величин;

в) методика проведения экспериментов для определения напряжения текучести должна быть простой и экономичной, с небольшим количеством измеряемых параметров и сложных расчетов, а потребность в экспериментальных образцах должна быть сведена к минимуму;

г) кривые упрочнения необходимо строить по опытным данным для всего потребного диапазона степеней деформации, чтобы не прибегать к графической экстраполяции экспериментальных данных или к расчетам, вносящим дополнительные погрешности;

д) деформирование металла для построения кривых упрочнения должно быть непрерывным до самых больших степеней деформации.

При выборе схемы нагружения необходимо учитывать следующее. В последнее время в теории пластичности считается установившимся мнение о том, что истинные напряжения текучести будут одинаковыми при всех схемах напряженного состояния, если их сравнивать при так называемых эквивалентных деформациях. Однако, как показывают экспериментальные данные многих авторов [16, 17, 43, 64], для реальных металлов и сплавов это условие не всегда соблюдается.

Истинные напряжения текучести при растяжении, сжатии и кручении для одной и той же степени деформации не совпадают, причем разница между ними явно превышает величину ошибок опытов. Возможно, причину этого несовпадения для реальных металлов и сплавов следует искать в том, что напряжение текучести зависит от схемы напряженного состояния в связи с анизотропностью и нарушением сплошности таких металлов, что не свойственно однородному сплошному пластическому телу, на котором базируется современная теория пластичности.

П. Е. Кислый [16] на примере кручения стальных образцов показал, что механизм деформации при пластическом кручении реальных сплавов отличается от механизма деформации при кручении сплошного изотропного тела. Теоретические положения о равнозначности величин напряжения текучести при различных схемах деформации базируются именно на предположениях об изотропности и неразрывности тела, что не характерно для промышленных металлов и сплавов. В связи с этим даже с теоретической точки зрения напряжения текучести, возникающие в реальных сплавах и металлах при разных напряженных состояниях, по-видимому по своей величине не могут быть равнозначными.

Поэтому при построении кривых упрочнения следует выбирать такой вид схемы деформации, какой будет в дальнейшем применен при пластическом деформировании металла для получения изделия. В этом случае наиболее полно будут учтены процессы, происходящие в металле при его деформировании.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕКУЧЕСТИ ПРУТКОВОГО МАТЕРИАЛА

Напряжение текучести при пластическом деформировании пруткового материала определяется по результатам испытаний на растяжение, сжатие, кручение и вдавливание. На практике наибольшее распространение получили испытания по первым двум схемам деформации.

Испытание на растяжение

Сущность метода заключается в том, что по результатам испытаний стандартных образцов на лабораторных машинах для растяжения определяются напряжения испытуемого материала при различных степенях деформации. Однако при таком испытании одноосное равномерное растяжение происходит лишь до момента появления шейки. После этого наблюдается локальное объемное осесимметричное напряженное состояние. Вследствие этого кривая напряжений после образования шейки будет отражать как истинное напряжение текучести (физическое упрочнение) металла, так и упрочнение, связанное с формой образца.

Испытание на сжатие

При практических расчетах в области обработки металлов давлением предпочтение следует отдавать испытанию на сжатие, так как в этом случае более полно, по сравнению с другими методами испытания, учитываются явления, происходящие при штамповке, высадке, чеканке, прокатке и др.

Испытание на растяжение до недавнего времени было основным методом испытания металлов. Лишь в недалеком прошлом отечественные и зарубежные ученые стали особое внимание уделять испытанию образцов сжатием.

Первые эксперименты по осадке образцов с целью определения кривой усилия и работы деформации, по-видимому, были проведены Зеехазе. Распространению метода осадки для определения напряжения текучести препятствовала трудность исключения влияния внешнего трения.

В 20-х годах отечественными и зарубежными учеными было предложено несколько вариантов для осуществления одноосного (или близкого к нему) сжатия.

Метод конических бойков. Этот метод был предложен Э. Зи-белем и А. Помпом для определения напряжения текучести. Сущность его заключается в осадке коническими бойками цилиндрических образцов с коническими выточками (рис. 4). Образующая конуса бойков наклонена к поперечному сечению под углом трения а.

Основанием для создания этого метода послужило следующее. При сжатии образцов с плоскими торцами между параллельными