Полный текст

В условиях постоянной интенсификации производства очень важным является качество заготовки, полученной на каждом предшествующем этапе. Несоответствие механических свойств может стать причиной разрушения заготовки при обработке давлением. Это приводит к дополнительным экономическим издержкам, обусловленным простоем оборудования, отбраковкой заготовки с высокой добавленной стоимостью, а также к повышению вероятности возникновения несчастных случаев с участием технологического персонала. Развитие программных средств и совершенствование вычислительной техники предоставляет возможность проведения испытаний средствами компьютерного моделирования, что позволит предотвратить разрушение заготовки. На свойства материала значительное влияние оказывают неметаллические включения [1, 2]. Для действующих производств ограничения по содержанию включений указаны в технологических условиях, однако полного теоретического и практического обоснования этих норм не приведено, что нередко способствует обрывности заготовки на последующих переделах на волочильных станах вследствие заниженных требований [3, 4], и напротив, перевода качественной продукции в категорию брака или несоответствующей по качеству - в случае завышенных требований к содержанию неметаллических включений. Для определения количественного содержания неметаллических включений и корректной постановки задачи проведены металлографические испытания горячекатаной катанки стали марки 80Р (рис. 1). Оценка количественного содержания проведена с помощью программного обеспечения Thixomet Pro. а б Рис. 1. Микроструктура катанки стали марки 80Р в поперечном (а) и продольном (б) сечениях после горячей прокатки В поперечном сечении обнаружены неметаллические включения глобулярной формы. Количественным анализом на микрошлифе определено среднее содержание включений - 0,51 %. В продольном сечении обнаружены неметаллические включения глобулярной формы, вытянутые по направлению прокатки, количественным содержанием 0,44 %. В результате исследования микроструктуры, значительного количества пластичных включений и разрушенных в результате деформации вытянутых в сплошные строки включений согласно ГОСТ Р ИСО 4967-2009 не обнаружено. Включения преимущественно представляют собой недеформируещиеся (глобулярные) единичные включения оксидов (рис. 2), в результате чего целесообразно моделирование неметаллических включений при деформации холодным волочением как тел, обладающих упругими свойствами. Рис. 2. Электронное изображение и анализ химического состава включения С целью исследования влияния распределения неметаллических включений по сечению заготовки построены три модели (рис. 3) с преимущественным распределением включений по оси заготовки, в поверхностной зоне и скопление включений (увеличение концентрации включений в два раза). Рис. 3. Распределение неметаллических включений по сечению заготовки: по оси заготовки (а), в поверхностной области (б), с двукратной концентрацией включений (в) Моделирование волочения проволоки из стали 80Р выполнено в программном комплексе Simulia Abaqus [1] по маршруту: 15,5 мм - 14,78 мм - 13,48 мм - 12,38 мм - 11,46 мм - 10,68 мм - 9,98 мм. Волочильный инструмент принят как абсолютно жесткое тело, геометрия волок построена в соответствии с формой 16 ГОСТ 9453-75. Волоки-заготовки из твердых спеченных сплавов для волочения проволоки и прутков круглого сечения, полуугол волоки 9°. Результаты компьютерного моделирования процесса волочения проволоки представлены на рис. 4-6, для удобства оценки НДС выполнен продольный разрез. При распределении неметаллических включений в осевой области заготовки наблюдается повышение значений эквивалентных напряжений в непосредственной близости от включений, но запаса прочности достаточно для волочения без обрыва заготовки. Подобное расположение включений обеспечило снижение эквивалентных напряжений в поверхностной области с 984 до 782 МПа (на 20 %) в сравнении с равномерно распределенными неметаллическими включениями. Исследования структуры на развитие трещин [5-9] подтверждают, что неметаллические включения являются концентраторами напряжений и источниками зарождения трещин. Модель катанки с включениями вблизи поверхности заготовки привела к разрушению заготовки при суммарном относительном обжатии 45,34 % в четвертой волоке, расслоение заготовки произошло вследствие превышения предела прочности материала в поверхностной области вблизи включений, являющихся концентраторами напряжений. Изменение типа разрушения позволяет сделать вывод о зависимости характера разрушения от распределения неметаллических включений по сечению заготовки. а б Рис. 4. Распределение НДС по сечению заготовки со скоплением включений в осевой области при волочении в первой (а) и четвертой волоке (б) а б Рис. 5. Модель заготовки с распределением включений в поверхностной области заготовки: а - первая волока (обжатие в волоке 9,07 %); б - четвертая волока (обжатие в волоке 14,31 %) а б Рис. 6. Модель заготовки с повышенной концентрацией включений при волочении заготовки в первой волоке вне области включений (а), в области включений (б) Увеличение содержания неметаллических включений в два раза оказало наиболее неблагоприятное воздействие на уровень механических свойств заготовки, в результате чего обрыв произошел на выходе из первой волоки (см. рис. 6) при относительной деформации 9,07 %. Разрыв заготовки в процессе волочения наблюдается на некотором расстоянии от выхода из волоки. Это объясняется наличием сжимающих напряжений в области волоки. После выхода из волоки сжимающие напряжения не оказывает существенного влияния на значение интенсивности напряжений, что приводит к катастрофическому разрушению. Исследование процесса волочения с целью определения факторов, оказывающих наибольшее влияние на разрушение проволоки, позволило выявить зависимость характера разрушения от распределения неметаллических включений по сечению заготовки. Распределение неметаллических включений в поверхностной области привело к расслоению заготовки из стали 80Р при суммарном обжатии 45,34 %. Волочение с неметаллическими включениями при равномерном распределении и в осевой области, по результатам математического моделирования, обеспечило получение арматурной проволоки при суммарном обжатии 58,5 %.

Об авторах

М. П Барышников

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Email: arcosmag@mail.ru

М. В Чукин

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Email: m.chukin@mail.ru

А. Б Бойко

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Email: boyko.ab@mail.ru

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 40

PDF (Russian) - 11

Ссылки

• Ссылки не определены.