После малой амплитуды (0,01-0,05) циклической деформации у металлов наблюдается понижение предела текучести и повышение пластичности[ 4 ]. Такое явление используется в некоторых производствах как, например, в волочильном производстве. После волочения вместо нормализующего отжига применяют рихтование проволоки с малой амплитудой циклической деформации (0,01-0,05).
Это делают для частичного снятия внутренних напряжений и повышения пластичности проволоки[8 ].
В данной же работе исследуется, как изменятся свойства меди марки М3, если ее подвергнуть циклической деформации с большой амплитудой (≥0,5), под высоким давлением (Р≥σ s ) и эквивалентной деформацией более 5. Медь подвергали винтовой экструзии (4 прохода) затем ее на разрезали на образцы, которые испытавали на растяжение, сжатие, кручение и сравнивали, как изменятся свойства этой меди по сравнению с отожженной медью, которую тоже испытывали на выше перечисленные испытания.
1. Актуальность темы
Применение циклической деформации с малой амплитудой (0,01-0,05) способствует повышению пластичности металлов в технологии производства различных изделий. Это может использоваться как способ повышения ресурса пластичности меди в процессе производства, тем самым повышая как качество изделий так и понижая затраты на производство. Также изменение свойств меди после циклической деформации с большой амплитудой (≥0,5), под высоким давлением (Р≥σ s ) и эквивалентной деформацией более 5, почти не исследовалось. Это является обширной областью для исследований.
2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
Целью данной работы являлось – исследование влияния циклической деформации на механические свойства меди. Также в ходе работы была поставлена и решена следующая задача: выявление закономерностей влияния циклической деформации на медь с заданными свойствами.
3.Материалы и методика исследования
В качестве исследуемого материала выбрана медь марки М3. Этот материал хорошо изучен и имеется большое количество литературных данных по исследованию свойств меди после различных обработок давлением. Исходный горячекатаный пруток диаметром 50мм, с целью экономии материала, подвергался ковке до сечения 19х29мм. Полученный материал разрезался на две мерные длины и доводился до необходимого сечения 18х28 мм. Далее материал подвергался термической обработке в печи при t = 550°С в течение 1 часа, для снятия остаточных напряжений. На следующем этапе один из отожженных образцов меди М3 разрезался на три мерные длины, один из которых в дальнейшем подвергался испытаниям на растяжении, а второй на кручение и третий на сжатие. Второй отожженный образец меди подвергался деформации методом винтовой экструзии [ 1 ]. Из деформированных образцов винтовой экструзией изготовили образцы для испытаний на кручение, сжатие и растяжение в соответствии с ГОСТ 3565-80 “Металлы. Метод испытания на кручение”[5 ], ГОСТ 8817-82 “Металлы. Метод испытания на осадку ”[6 ] и ГОСТ1497-84 “Методы исследований на растяжение”[7 ]. Из одной заготовки, обработанной методом ВЭ, получали три образца — на кручение, сжатие и растяжение. Во время механической обработки и электроискрового резания не допускали нагрев образцов выше 100°С.Исследования проводились при комнатной температуре на специальном оборудовании. Деформация кручением выполнялась на экспериментальном комплексе, разработанном в ДонФТИ НАНУ в 2010 году [2 ]. Измерение выполняется в соответствии с ГОСТ 3565-80. Кручение проводилось до разрушения образцов. По полученным данным строили зависимость σ u = σ(ε) . Вид образца представлен на рисунке 1.
Деформация, разрушение, механические свойства металлов и сплавов
... деформацию и разрушение материалов и металлов, сопротивление металлов деформации и разрушению и пластичность, т.е. способность металла к остаточной деформации без разрушения. Изучаю виды деформации, ее показатели, факторы, влияющие на разрушение. 1 Деформация ... испытывать деформацию при кручении. По мере удаления точки от центра напряжения возрастают. 1.3 Механизм проявления деформаций Деформации ...
Рисунок 1 – Вид образца для кручения
Испытания на растяжение проводилось, на универсальной гидравлической испытательной машине марки МУП-50, максимальным усилием 50 kN. Деформировали образцы до разрушения. По полученным данным строили зависимость σ u = σ(ε) . Испытания на сжатие проводили на Instron 5569 усилием 40kN. Для исключения перекосов образца при сжатии его помещали в специальную оснастку. При осадке для уменьшения воздействия трения была использована медная фольга 15х15х0,1 мм, покрытая графито-масляной смазкой, которая помещалась на торцы образцов, так чтобы смазка находилась между испытуемым образцом и фольгой. В ходе пластической деформации образца, графитовая смазка и медная подложка позволяют практически свободно осаживать материал, предотвращая появление бочки. Высота образцов на сжатие составляла 12 мм, диаметр – 8 мм. Образцы по окончанию испытания не разрушились.
4.Результаты исследования
На рисунке 2 представлены результаты испытаний на кручение.
Рисунок 2 – Результаты испытания на кручение
Из графика видно, что материал, подвергнутый предварительно винтовой экструзии имеет больший предел текучести, чем отожженный образец меди и разрушается уже при большей величине истинной деформации. Далее будет видно, что образец подверженный винтовой экструзии имеет большую величину пластичности.
На рисунке 3 представлены результаты испытаний на сжатие.
Рисунок 3 – Результаты испытания на сжатие
Образцы показывают подобное же поведение как при испытании на кручение. Следует отметить, что при сжатии образцы не разрушались.
Далее на рисунке 4 представлены результаты испытаний на растяжение.
«Технология конструкционных материалов» : «Физические ...
... Медь 200-250 Золото 120 Магний 120-200 Олово 27 Серебро 150 Свинец 18 Большинство технических характеристик прочности определяют в результате статического испытания на растяжение. Образец, ... физике и технике пластичность — способность материала получать остаточные деформации без разрушения и ... величина упругой деформации, т. е. возрастает жесткость (устойчивость) конструкции (изделия). Поэтому ...
Рисунок 4 – Результаты испытания на растяжение
При растяжении образцы ведут себя аналогично как образцы при испытаниях на кручение и сжатие, то есть образец отожженной меди имеет меньший предел текучести и разрушается при большей величине истинной деформации. Так же ниже будет показано, что образец подверженный винтовой экструзии имеет пластичность выше по отношению отожженного образца меди.
Для анализа пластичности исследованных образцов меди марки М3 были построены диаграммы предельной пластичности. Материалы не разрушались при сжатии – это нам дало возможность, использовать соотношение из работы Г.Д. Деля [ 3 ]:
(1)
где ε p — предельная пластичность ; η — показатель жесткости напряженного состояния.
В таблице1 приведены экспериментально определенные значения предельной пластичности при растяжении и кручении для отожженной меди, и для меди, подверженной винтовой экструзии.
Таблица 1 – Предельная пластичность меди при растяжении и кручении
На рисунке 5 показаны диаграммы предельной пластичности, построенные по формуле (1).
На них же отмечены точками экспериментальные значения предельной пластичности, как для отожженной меди, так и для меди подверженной винтовой экструзии как при растяжении, так и при кручении. Точки точно укладываются на эти диаграммы предельной пластичности – это свидетельствует об адекватности соотношения (1).
Диаграммы показывают, что пластичность меди подверженной большой амплитуде циклической деформации(≥0,5) и под высоким давлением (Р≥σ s ) выше, чем у отожженной меди во всем изученном диапазоне показателей жесткости напряженного состояния.
Рисунок 6 – Диаграмма пластичности М3 отожженная медь (красный график) и обработанная винтовой экструзией медь (зеленый график).
Точки, полученные экспериментально при кручении для меди, обработанной ВЭ (а) и Отожженная медь (с) и при растяжении (b) и (d) соответственно.
Выводы
1. Циклическая деформация с малой амплитудой (0,01-0,05) снижает предел текучести и повышает пластичность.
2. Циклическая деформация с большой амплитудой (≥0,5) под высоким давлением (Р≥σ s ) и эквивалентной истинной деформацией более 5 приводит к увеличению пластичности и предела текучести.
Список источников
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/ispyitanie-na-kruchenie/
- Бейгельзимер Я. Е. Винтовая экструзия – процесс накопления деформации / Бейгельзимер Я. Е., Варюхин В. Н., Орлов Д. В. – Донецк : Фирма ТЕАН, 2003. – 87 с.
- Валиев Р. З. Наноструктурные материалы, полученные методом интенсивной пластической деформации / Р. З. Валив, И. В. Александров. – М. : Логос, 2000. –272 c.
- Дель Г.Д. Технологическая механика. – М.: Машиностроение, 1978.-174с.
- Целиков, А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов: в 3 т. / А.И.Целиков. – М.: Металлургия, 1981.Том3: Машины и агрегаты для производства и отделки проката. – 576с.
- ГОСТ 3565-80 “Металлы. Метод испытания на кручение”.
- ГОСТ 8817-82 “Металлы. Метод испытания на осадку ”.
- ГОСТ1497-84 “Методы исследований на растяжение”.
- Оборудование для обработки труб, профилей, проволоки. Правильно-рихтовочное оборудование.[Электронный ресукрс]- Режим доступу: http://stanko-lid.ru/…
