CC BY
19
УДК 620.175
ОСОБЕННОСТИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГО КРУЧЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ С РАЗЛИЧНОЙ ИСХОДНОЙ ТЕКСТУРОЙ
Рис. 2
Рис. 3
© 2004 г. А.Г. Тихомиров, О.В. Денисов, И.В. Денисов, А.Ю. Назаров
The mechanical features of the construction steel under different texturs. The conduction of the experiment meets the requirements of
the State Standart to the similar tests. The obtained results have a higt degree of reliability.
В начале прошедшего столетия Розенхайн и Эвинг показали, что пластическая деформация металлов приводит к появлению множества параллельных микроскопических ступенек, названных полосами скольжения, которые позволили им предположить, что металл сдвигается вдоль полос наподобие карт в колоде [1].
В настоящее время это свойство металла требует дальнейшего изучения при разработке торсионных амортизаторов, рассеивающих энергию воздействия за счет упругопластического кручения [2, 3].
Для восполнения недостатка информация об особенностях упругопластического кручения стальных образцов с различной исходной текстурой нами исследованы зависимости числа циклов, которые выдерживает образец из стали 40Х до разрушения от амплитуды сдвиговой деформации. Данные получены при испытаниях образцов на кручение в соответствии с ГОСТ-2206-77 (квазистатическое знакопеременное кручение со средней угловой скоростью 10-3 с-1).
Объекты испытаний - полированные с шероховатостью 8 класса по ГОСТ 2789-73 цилиндрические образцы диаметром 20 мм и рабочей длиной 100 мм, изготовленные из двух партий заготовок: 1-я - шестигранник № 32, наклепанный в результате изготовления холодным прокатом, 2-я - кругляк диаметром 40 мм, не имеющий предварительного наклепа. Изготовленные торсионы одновременно были подвергнуты неполному отжигу в одной муфельной печи.
Текстура материала торсионов до и после скручивания исследовалась микроскопом МИМ-7 при 500-кратном увеличении с последующим фотографированием. Образцы разрезались на части, как показано на рис. 1, с непрерывным охлаждением места распила, полировались и обрабатывались травителем.
В ходе исследования установлено, что при знакопеременном кручении образцов из кругляка наблюдалась явная анизотропия, т. е. при обратном нагружении достижение текучести было получено при значительно меньших нагрузках, что объясняется эффектом Бау-шингера. В последующих циклах происходила стабилизация. При знакопеременном кручении образцов из шестигранника эффекта Баушингера не наблюдалось, и переход к текучести имел более выраженный вид.
После знакопеременных циклических испытаний на упругопластическое кручение были исследованы микрошлифы и определено, что текстура образцов из шестигранника не изменилась, а из кругляка претерпела значительные изменения и представляла собой смесь мелкоячеистой и полосчатой текстур в продольном направлении (рис. 5), ячеистый вид - в поперечном, такой же, как на рис. 4. Полосы располагались практически параллельно оси кручения.
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 1
Исходные текстуры образцов приведены на рис. 2-4. Рис. 2 - текстура торсиона из кругляка (поперечный (поз. 1) и продольный разрез (поз.2) имеет одинаковый зернистый вид). Рис. 3, 4 - продольный и поперечный разрез торсионов из шестигранника соответственно. Продольный имеет полосчатую структуру, поперечный - ячеистый вид.
Это дало основание полагать, что эффект Баушин-гера можно объяснить перестройкой текстуры не наклепанного образца. Так как в образцах, изготовленных из предварительно наклепанных заготовок, текстура не менялась, то и эффекта Баушингера не наблюдалось [4].
Процесс изменения текстуры вследствие пластического кручения может быть описан в соответствии с теорией Бека уравнением:
ёЬ _ сЕ (1)
ёГ “ ~ ’
где Е - удельная поверхностная энергия; Ь - средний линейный размер зерен; с - постоянная; t - время.
Интегрируя (1), получаем
Е = (ь2 - Ь0 )/2^, (2)
где Ь0 - линейный размер зерна при t = 0.
Сильный рост зерен в микрошлифах свидетельствует о существенном росте удельной поверхностной энергии. В соответствии с механизмом Котрелла-Холла [1] этот случай «типичен» для полос скольжения.
Результаты экспериментальных исследований (рис. 6) свидетельствуют, что число циклов до разрушения существенно зависит от предварительного наклепа, и показывают преимущество рабочих элементов торсионных амортизаторов, выполненных из холоднокатаных шестигранников.
Рис. 6. Зависимость числа циклов до разрушения образцов от величины сдвиговой деформации (1 - выполнены из кругляка, 2 - из шестигранника)
Литература
1. Р. Хоникомб Пластическая деформация металла. М., 1972.
2. Костоглотов А.И. и др. // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Естеств. науки. 1999. № 4. С. 24-26.
3. Денисов О.В., Мишин В.А. Устройство демпфирования колебаний объекта. Пат. РФ №2073142. МКИ 6Е 16Е 1/14. Бюл. 1997. № 4. 12 с.
4. Тихомиров А.Г., Шевцов В.А. Формирование свойств упругопластических торсионных элементов предварительным наклепом / ЦВНИ МО РФ. М., 2003. Сер. Б. Вып. 65.
Ростовский военный институт ракетных войск__________________________________________________26 декабря 2003 г.
