Badanie naprężenia uplastyczniającego stali 35G2A w warunkach obróbki plastycznej na gorąco za pomocą plastometru skręcającego

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: MECHANIKA z. 68

1980

Nr kol. 664

Stanisław KONCEWICZ , Józef RABUS Roman KOZIK

BADANIE NAPRęŻENIA UPLASTYCZNIAJĄCEGO STALI 35G2A ¥ WARUNKACH OBRÓBKI PLA­

STYCZNEJ NA GORĄCO ZA POMOCĄ P LA STO MET RU SKRĘCAJĄCEGO

Streszozenie. Omówiono warunki przeprowadzenia plastoraetryoznyoh prób skręoania stali 35G2A w temperaturach od 1073 do 1473 K przy 4 prędkośoiaoh odkształcenia od 0,14 do 6,3S“ ^. Wyniki badań przedsta­

wiono na wykresach, W oparciu o analizę wyników wysunięto wnioski, które mogą być wykorzystane w projektowaniu prooesów technologio»—

nyoh.

WSTęP

Przy produkcji butli na gazy sprężone ze stali 35G2A wystąpiły trudnoś- oi polegająoe między innymi na występowaniu zbyt dużej różnioy grubości ścianki w procesie wyoiakania, w uzyskaniu wymaganej grubośoi dna i nie­

jednakowym płynięciu metalu podozas przyciągania na gorąoo tnlei grubo- śolennej. Po przeanalizowaniu realizowanego prooesu zasugerowano nśolśle- nie warunków teohnologioznyoh obróbki plastyoznej na gorąoo, do ozego nie­

zbędne było przeprowadzenie odpowiednioh badań plastometryoznyoh stosowa­

nej stali. Badania takie przeprowadzono w Politeohnioe Śląskiej przy za­

stosowaniu plastometru skręcającego, skonstruowanego i zbudowanego w In­

stytucie Budowy Maszyn w lataoh 1907-1969 i odpowiednio zmodernizowanego do aktualnyoh potrzeb. Plastometr skręcający, na którym przeprowadzono ba­

dania, przedstawiony jest na it's. 1 1 2 .

CEL BADAŃ

Celem pracy było określenie wartośoi naprężenia uplastyczniającego oraz odkształoalnośoi w zależności od temperatury, wielkości i prędkości od­

kształcenia. Uzyskane w wyniku pracy zależności powinny stanowić podsta­

w ę do określenia optymalnych temperatur nagrzewania wsadu na butle po- szozególnyoh wymiarów przy stosowanych prędkościach odkształceń oraz do- pnszozalnyoh odohyleń nierównomierności nagrzewania wsadu.

1 60 S, Koncewicz, J. Rabus, R.Kozik

N*H>n * - -cn iI

O -er > ?h -P r- -P

P N Ł ®*

a *«oo o i - u

O .. O -T * À 3 ¿4

b en ii © « P d

jd

J “ I

ab> 3 y-

Œ P dû

d fi » d (DOS

id -N X- O

•HO U

fi P © P

H © > W

P N O

so _

P a £ 'O -P

a a id »

« © • H m

© B ß T- N © *Or-

3 J

CM

a o _ O ¿3 -H

u u

O <H

p p vo d

ar © o *-

N i SD W

*0 ©• O Q

0 S ü W

£ t3 o d ^ &

* p b * ß û p

0 'Odo a a ©

© P P fi b id O N 'O © SD O P N ^ * id b

a * ©

•u ß

1 i ca m o P fi d ~ id en g

« d o

- o b

> fi ar p p •o id

r

•a u d©

©* JQ P O

a o d p d p fto ß o ©* ©>

m u s i © o

O 6b d ©

N fe

0

a p cm

1 I

o *- p Jö I H

O - P 3 O d ©•

u

©• > b N O d 00 3 0 b id O P N 3 © - H fi

» b N ?►, © O O a 1 >» N © O

£ « o a r - o

p i i

P -a- b

«Or U Û

P «

£

idd

H «- m p

O >>*- ^ fi

cm « • n

r - - 3

o orso n O © N I O

O P -Ü <

a o o d

í I S * " g

o » ¿ a

H On O £

d o ►, o

p - 00 H b

© d © N ©

& N b O N

O 'O p

ar p p fi o

id fi id d TÏ

•S > »fi _

o o V o d P b d © id

N © p B

T3 P id

O « « P

a o

d !»so

N O O

P -id fi H

fi O © o d d'p fi o o p p *o >

? M - p 3 --- H . I M

© p p

P co « fi id © b O *• **» ©

p A - Æ ar © p

P O N b S

p

>

3 VO TJ - b O 0¿t

a en d O d » b *-

-P S3 P S i r- idnr © p -

© I © S b

"" ^ - o aif> k ® 'G*“* A â pq

« H CM -P P

D d I O ■* 'S •*

a < H ^ > a p

b v> «fi « fi

o<o -a- n a o n

id b -•*- 4 p n o

p id w

I " - U B I O

«i ® * » a «

a

• ■ HU

© ® TJ N J5 d O pv©

I P id O © - CQ b N fi

- ■ § & ■

& P - I •

O O b

p ' d m »o

1 5 0

i ï i s

© b O i-

a » r-

Badanie naprężenia uplastyozniająoego.. 1 61

Rys. 2. Stanowisko badawcze

PRZEBIEG I WYNIKI BADAŃ

Do badań zastosowano próbki ze stali w gat. 35G2A o średnioy D = 5 mm i długośoi pomiarowej L = 11 mm (rys. 3). Próbki wykonano z tulei grubo- ściennej uzyskanej po operacji wyciskania. Skład chemiczny stali, z któ­

rej wykonano próbki, zawarty Jest w tablicy 1.

S ' i- ■

V

s

l i

10 5

r ^«.u

5 10

Rys. 3. Próbka stosowana w badaniach

Tablioa 1 Skład ohemiozny stali 35GŻA

Lp. Wyszczególnienie Skład ohemiozny %

C Mn Cr Si Pmax Smax Ni Cu

1 2 3 5 6 ₇ 8 9 10

1 Skład stali wg anali­

zy ohemioznej 0,31 1 , 5 2 0,lU 0,20 0,06 0,02 śla­

dy

śla­

dy 2 Skład stali wg

BN-75/0631-01

0,29 0,37

1,30 1,70

max 0,30

0,15

0,30 0,05 0,05 max 0 , 3 0

max 0,25

1 6 2 S. Konoawloz, J. Rabus, H. Kozik

Badania przeprowadzono dla następujących. temperatur: 1073, 1173, 1273, 1373, i 1473 K i prędkości odkształcenia <f= 0,14 s " 1 ( n = 10 obr/min),

<p= 1,0 s“ 1 (n = 70 Obr./min), 3,4 s“ 1 (n = 250 obr./min), ^ = 6 , 3 s~1 (a = 460 obr./min). Dla każdej temperatury i prędkości odkształcenia sto­

sowano 3 próbki, przy czym do analizy przyjęto średnie wartości z uzyska­

ny oh wyników.

Próbkę moocwano w uchwytach plastometru, następnie nagrzewano w piecu sylitowym rurowym do żądanej temperatury w czasie około 10 min, po czym skręcano w piecu aż do ścięcia.

Wobec ograniczenia możliwości rozproszenia oiepła, ciepło wytworzone w ozasie plastycznego odkształoenia powodowało.pewien wzrost temperatury po­

czątkowej. Wzrostu tego ilościowo nie określano. W ozasie skręoania reje­

strowano za pornooą oscylografu pętlioowego moment skręcający M, siłę roz­

ciąga jąoą P i kąt skręoenia 0 . Na rysunku 4 przykładowo przedstawiono je­

den z uzyskanych osoylogramów.

Rys. 4. Osoylogram momentu skręoająoego, siły rozoiągająoej i kąta skrę­

oenia

Po uzyskaniu przebiegów momentu, siły i kąta skręoenia dokonano nie- zbędnyoh przeliozeń zgodnie z następującymi zależnościami. Wartość maksy­

malnego naprężenia tnąoego } na powierzohni próbki w stanie plastyoznym obliczono ze wzoru Dugueta - Ludwika [1,7] :

Badanie naprężenia uplastyozniająoego.. 163

gdzie:

R — promień próbki M - moment skręoająoy

8 - kąt skręcenia, 0 = 23P", ,

gdzie : - liczba obrotów przy skręcaniu.

Wartość odkształcenia postaoiowego na powierzchni próbki o długośoi L i promieniu R przy jej skręcaniu obliczono ze wzoru:

M = T T ’ (2)

gdzie:

^ - kąt odkształcenia postaoiowego.

Przy obliozaniu naprężenia uplastyczniającego 6p i odkształcenia za- stępozego korzystano ze wzorów wynikający oh z hipotezy energii od­

kształcenia postaoiowego Hubera:

6 p = 1 3*?P + ® 2 ’ (3)

gdzie:

G = -g - naprężenie rozciągające.

ot.d2

Naprężenia tego nie uwzględniono, ponieważ Jego wpływ na wartość (jp nie przekracza 1,5$ .

Odkształcenie zastępcze <p obliozono ze wzoru:

Prędkość odkształcenia postaoiowego na powierzohni próbki przy jej skrę- oaniu obliozono ze wzoru:

t ^?( = t i r = S £ { 5 J

gdzie n - liozba obrotów na minutę szczęki ruohomej.

Prędkość odkształcenia zastępozego powierzchniowej warstwy próbki ob­

liozono ze w z o r u :

¿ = ® _ 2 i I L Ł _ (6)

L . Y J L.60.-)[i

Współzależność uzyskanych z przeliczeń wielkość,! jpEzedstąwiono^wykreśl- nie. Na wykresaoh tych punktami zaznaczono wartości uzyskane z przeliozen dla wybranyoh parametrów. Rysunek 5 przedstawia zależność momentu skręoa- jąoego M od kąta skręoenia 0 dla różnyoh temperatur, przy prędkośoi od-r kształoenia ¿¡> = 6,3 s- ^. Na rysunku 6 przedstawiono zależność naprężenia

-l^Ł--- — — _____________________________S« Konoeviozt J. Rabus, R, Kozik

"D C D g

Rys.5*Zależnośćmomentuskręcającego M odkątaskręcenia6 dlaróżnychtemperaturprzyprędkościod­ kształcenia ¿7= 6,3s~1

Badanie naprężenia uplastyczniającego IŚi.

B

£

166

i

S. Konoewioz. J. Rab u s . R. Kozik

0) Zależnośćnaprężeniaupiastyozniająoeso<Sp ododkształcenia $>dlaróżnyohprędkośoiodkształce­ niaij)przytemperaturze1^73K

SpMPa

Badanie naprężenia upla3tyoznia.1ąoeRO.. ._______________________ 1 6 7

168 S, Koncewicz, J. Rabus, R. Kozik

28

26 24

2 2

20

1 6

14

12

10 8 6

4

2

T K

Rys. 9. Zależność naprężenia uplastyczniającego G p od temperatury dla różnych prędkości odkształcenia <f prasy odkształceniu <^ = *ł,1 oraz zależ­

ność odkształcalnośoi granicznej iPgr, od temperatury dla różnych pręd­

kości odkształcenia

Badanie naprężenia uplastyczniającego.. 169

*v

•3- <o

1

Rys.10.Zależnośćnaprężeniauplastyczniającego6podprędkościodkształcenia j7 dlaróżnychtemperatur przyodkształceniu (P =# 1

170 S. Koncewicz, J. Rabus, R. Kozik

uplastyozniająoego G p od odkształcenia ty dXa różnych, temperatur, przy prędkości odkształcenia tyz: 6,3 s Zależność naprężenia uplastyczniają­

cego 6p od odksztaloenia ty dla różnych prędkości odkształcenia ty, przy temperaturze 1473K przedstawia rys. 7, zaś przy temperaturze 1373K przed­

stawia rys. 8. Z kolei rys. 9 przedstawia zależność naprężenia uplastycz—

niająoego <0p od temperatury dla różnyoh prędkości odksztaloenia ty przy odkształoeniu ty= 4,1 oraz zależność odksztaloalnośoi granioznej ty gr od temperatury dla różnych prędkości odksztaloenia. Rysunek 10 przedstawia zależność naprężenia uplastyczniającego 6 p od prędkośoi odkształcenia ty dla różnyoh temperatur przy odkształoeniu Cf!= 4,1.

OMÓWIENIE WYNIKÓW

Z przedstawionych wykresów wynika współzależność wartości naprężenia uplastyczniającego G p od temperatury T, wielkości odkształcenia i pręd­

kośoi odksztąłoenia ty. Na podstawie wymienionych współzależności można określić optymalny zakres temperatur obróbki plastycznej badanej stali w przedziale 1323 do 1473K, w którym naprężenia uplastyozniająoe osiągają najmniejsze wartości, zaś odkształcenia graniozne wartośoi największe.Po­

nadto w określonym wyżej zakresie temperatur występuje dość znaozny spa­

dek odkształoeń wraz ze wzrostem naprężeń uplastyozniająoyoh, niezależnie od przyczyn powodujących wzrost tyoh naprężeń.

Jeżeli więo w procesie teohnologioznym wystąpią w obszaraoh odkształca­

nego metalu różnice temperatur spowodowane bądź to nierównomiernym wygrza­

niem, bądź to nierównomiernym studzeniem, doprowadzą one do zróżnicowania w tyoh obszaraoh naprężeń uplastyczniających i w konsekwencji do zróżni- oowania wartości odkształoeń, W technologii butli prowadzi to do nierówno­

miernego płynięcia materiału, powodująo nierównomierną wysokość wyciska­

nej tulei i nierównomierność grubości jej śoianek.

Prędkość odksztaloenia w ozasłe odkształcania dna tulei jest zmienna i stopniowo wzrasta do wartośoi maksymalnej, odpowiadająoej w przybliżeniu największej wartości ty= 6,3 s“ 1 , stosowanej w praoy. Zastosowane zakresy prędkości odksztaloenia odpowiadają więo w przybliżeniu zakresom prędkoś­

oi stosowanych w praktyce. Wartość odksztaloenia ty= 4,1, dla której skon­

struowano wykresy na rys. 9 i 10, odpowiada w przybliżeniu największej wartośoi odksztaloenia występującej podozas odkształcenia dna tulei. W związku z tym, dla ustalania parametrów siłowych w prooesie kształtowania butli należy posługiwać się wartościami z rys. 9 i 10.

Badanie naprężeń uplastyczniającego.. 121

WNIOSKI

Na podstawie przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski:

1, Optymalnym zakresem temperatur obróbki plastyoznej stali 3502A przy wytwarzaniu butli na gazy sprężone jest zakres 1323 do 1*173 K.

2 Nagrzewanie wsadu przed obróbką plastyozną powinno być praktycznie jednorodne, tj, różnioa temperatur w poszozególnyoh obszarach nagrzanego wsadu nie powinna przekraozać 5 0 °.

3. Do obliczeń nacisków prasy należy przyjmować wartość naprężenia u- plastyozniająoego 6 p odpowiadającą największej prędkości odkształcenia przy dolnej granioy zakresu temperatur,

LITERATURA

[1 ] Rossard C., Blain P.: Badanie plastyoznyoh odkształoeń stali na gorą­

co. Obróbka plastyczna I960 CLOP, t. II, z. 1, ss. 7-58.

[2] Vater M. , Lienhart A. : Abhängigkeit des Formänderungsvermögens metal­

lischer Werkstoffe von Spannungszustand bei untersohiedlioh hoher Tem­

peratur und Formänderungsgesohwindigkeit. Sander, Blaohe, Rohre 1972, t. 13, nr 8, ss. 387-395.

[3 ] Szwarobart Ja.C., Stepanow W.P.: DifferenoJalnyj metod opredelenija napriażenij sdwiga pri gorjaozem kruozenii. Zawodskaja Laboratorija, 1 9 7 6 nr 6, ss. 733-735.

[ä] Szwarobart Ja C., Nikitin G.S. , Zujew I.G. : Modelirowani je prooessa mnogootypenozatogo deformirowanija na maszinie dla kruozenija. Zawod­

skaja Laboratori ja 1976, nr *1, ss. *t73-*l76.

[5] Neusohutz E., Rohloff H.: Torsionsplastomefer zur Untersuchung wxi Ken­

nwerten bei der Warmformgebung, Stahl u.Eisen 1976, t. 9 6 , nr 25/26, ss. 1303-1307.

[6] Krawczyk A., Tokarz A.: Naprężenie i odkształcenie w próbie plasto- metryoznej skrętnej. Praoe IMŻ 1977, z. 1, ss. **5-51.

[7] Schmidt W . , Huskes H.: Die Kennzeichnung der Formanderungstestigkeit und des Formänderungsvermögens in Abhängigkeit von Temperatur und For­

mänderungsgesohwindigkeit in Warmtorsionsversuohen Blach, Rohre, Pro­

file 1978, t. 25, z. 1, ss. 5-11.

HCCüEÄOBAHHE nJTAGTHUWPyniikrO HADPffiKEHHH CTAJM ^35G2«

B yCJIOBHHX EHACTHHECKOfl OEPAEOTKH B rOPHTEM COCTOHHHH

hph noMoma cicyqHBAjanEro hhactometpa

P e 3 o m e

OnBCHBSUDTCA ycAOBHfi aposeAeHHA usacToiieipHqecKHx HcnuTaHHä aa CKpyqaBa- aae oiajsa 35G2A npa *ei»nepaiype 1073 ao 1473 K c HcnojxB30BaaHeM 4 ckopoc- teä Ae$opMapoBaHaa c 0,14 a« 6,3 e“1 . Pe3yaBiaiR acnnTaBHä npeACTaBaeaa aa Aaarpaaax. Oaapaacb Ha aHasa3e pesyxbTaTOB acnuTaHHö 6üjh CAexaHH bhboah, Eoxopue Moryz Chtb acaoab30Baau npa npoeaTapoBaaaH TexHojiorHqecKax npoqec- coi.

1 7 2 S . Konoowioz, J. Rabus, R. Kozik

TESTS OF PLASTICIZING STRESS OF T H E 35G2A STEEL AT H OT WORKING CONDITIONS WITH THE U SE OF TORSION PLASTOMETER

S u m m a r y

The conditions of plastometrio test of 35G2A steel torsion at tempera­

tures of 1 0 7 3 to 1*«-73 K and at four distortion velaoities ranging from 0.14 to 6.3 s” 1 aregiven. The results of the test ore presented of the diagrams. The analysis of the results of the tests enabled the researchers to formulate the oonolusions that may prove useful in teohnologioal pro­

cesses design.