Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом

Изучено влияние концентратора напряжений, полученного различными способами (вдавливанием в прокат ножа треугольной формы, проточкой сегментных и круговых надрезов, местным электроконтактным оплавлением поверхности проката и электроэрозионным прожиганием узких щелей) на усилие разделения проката изги...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2005
Main Author:	Высоцкий, Е.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2005
Series:	Физика и техника высоких давлений
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70160
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом / Е.Н. Высоцкий // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 3. — С. 138-147. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70160
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-701602020-10-06T18:33:13Z Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом Высоцкий, Е.Н. Изучено влияние концентратора напряжений, полученного различными способами (вдавливанием в прокат ножа треугольной формы, проточкой сегментных и круговых надрезов, местным электроконтактным оплавлением поверхности проката и электроэрозионным прожиганием узких щелей) на усилие разделения проката изгибом и стабилизацию траектории трещины. Проведенные исследования и анализ полученных данных показали, что наиболее эффективный концентратор образуется в результате электроконтактного оплавления при силе тока 200−300 A и электроэрозионном прожигании при ширине прорези 0.1 mm. Способ внедрения ножа и резания с оптимальными параметрами надреза обеспечивает также минимальное отклонение траектории трещины. Для практической реализации способ внедрения ножа представляет больший интерес, поскольку он хорошо компонуется в установках для разделения проката изгибом. Influence of the stress concentrator on separation force of the rolled metal bending and crack path was investigated using the concentrators prepared by the different methods: indentation of the triangular blade into rolled metal; turning of the segmented and circular notches; local electrocontact melting of the rolled metal surface; electroerosion burning of narrow slots. The analysis of the investigation data showed that the most effective concentrator forms as a result of the electrocontact flash at 200−300 A current strength, as well as electroerosion burning with 0.1 mm slot width. The method of blade insertion and cutting with notch optimal parameters ensures the minimal crack path deflection. The method of the blade indentation is of a great interest since it is arranged well enough into the facility for the rolled metal separation. 2005 Article Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом / Е.Н. Высоцкий // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 3. — С. 138-147. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Np http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70160 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Изучено влияние концентратора напряжений, полученного различными способами (вдавливанием в прокат ножа треугольной формы, проточкой сегментных и круговых надрезов, местным электроконтактным оплавлением поверхности проката и электроэрозионным прожиганием узких щелей) на усилие разделения проката изгибом и стабилизацию траектории трещины. Проведенные исследования и анализ полученных данных показали, что наиболее эффективный концентратор образуется в результате электроконтактного оплавления при силе тока 200−300 A и электроэрозионном прожигании при ширине прорези 0.1 mm. Способ внедрения ножа и резания с оптимальными параметрами надреза обеспечивает также минимальное отклонение траектории трещины. Для практической реализации способ внедрения ножа представляет больший интерес, поскольку он хорошо компонуется в установках для разделения проката изгибом.
format	Article
author	Высоцкий, Е.Н.
spellingShingle	Высоцкий, Е.Н. Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом Физика и техника высоких давлений
author_facet	Высоцкий, Е.Н.
author_sort	Высоцкий, Е.Н.
title	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом
title_short	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом
title_full	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом
title_fullStr	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом
title_full_unstemmed	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом
title_sort	исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2005
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70160
citation_txt	Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом / Е.Н. Высоцкий // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 3. — С. 138-147. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT vysockijen issledovaniekoncentratoranaprâženijpolučennogorazličnymisposobamiprilomkeprokataizgibom
first_indexed	2025-07-05T19:27:08Z
last_indexed	2025-07-05T19:27:08Z
_version_	1836836327415349248
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 138 PACS: 81.40.Np Е.Н. Высоцкий ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАТОРА НАПРЯЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННОГО РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ, ПРИ ЛОМКЕ ПРОКАТА ИЗГИБОМ Институт физики горных процессов НАН Украины ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина Статья поступила в редакцию 17 февраля 2005 года Изучено влияние концентратора напряжений, полученного различными способами (вдавливанием в прокат ножа треугольной формы, проточкой сегментных и кру- говых надрезов, местным электроконтактным оплавлением поверхности проката и электроэрозионным прожиганием узких щелей) на усилие разделения проката изгибом и стабилизацию траектории трещины. Проведенные исследования и ана- лиз полученных данных показали, что наиболее эффективный концентратор обра- зуется в результате электроконтактного оплавления при силе тока 200−300 A и электроэрозионном прожигании при ширине прорези 0.1 mm. Способ внедрения ножа и резания с оптимальными параметрами надреза обеспечивает также ми- нимальное отклонение траектории трещины. Для практической реализации спо- соб внедрения ножа представляет больший интерес, поскольку он хорошо компо- нуется в установках для разделения проката изгибом. Введение Задача качественного разделения проката изгибом сводится к созданию та- кого напряженного состояния относительно заданной плоскости разделения, которое бы однозначно определяло траекторию трещины на всей трассе ее сле- дования. Причины, дестабилизирующие траекторию трещины при разделении проката изгибом без наложения дополнительного поля сжимающих напряже- ний, до настоящего времени не установлены. С целью вскрытия этих причин в работе [1] проведен анализ различных схем разделения проката изгибом при симметричном и асимметричном нагружении. В результате автор недостаточно обоснованно утверждает, что в момент старта трещины внешние изгибающие нагрузки автоматически снимаются и дальнейшее продвижение трещины опре- деляется условиями энергообмена между разрушаемыми и деформируемыми зонами. При этом прилегающие к поверхности трещины зоны нагружаются до- полнительными касательными напряжениями, величина которых зависит от условий нагружения и скорости разгрузки деформируемых слоев металла. Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 139 Дополнительные касательные напряжения, возникающие от волн раз- грузки, по мнению автора [1], и определяют характер траектории трещины. Такое представление механики процесса разрушения находится в глубоком противоречии с известными работами [2,3], в которых показано, что при достижении трещиной большей скорости происходит ветвление, в результа- те чего трещина меняет свое направление. Материал и методика эксперимента Поиск наиболее рациональных способов получения концентратора на- пряжений и оптимизации его параметров осуществляли путем исследования ряда технологически приемлемых методов обработки металлов, таких как: вдавливание в прокат ножа треугольной формы, проточка сегментных и кру- говых надрезов, местное электроконтактное оплавление поверхности прока- та и электроэрозионное прожигание узких щелей. Для устранения влияния инерционных нагрузок производили ломку образцов на равные части. Экспериментальную проверку по работе разрушения реальных материалов осуществляли на гидравлическом прессе модели Д 2430В усилием 1.0 MN. В качестве исследуемого материала применяли стали 45 и ШХ15 диаметром 33 mm. При выборе способа нанесения концентратора напряжений и опти- мальных его параметров руководствовались причиной изменения характера разрушения образцов, вызванной резкой локализацией пластической дефор- мации за счет повышения объемности напряженного состояния [4]. Результаты эксперимента и их обсуждение На первом этапе исследовали влияние концентратора, полученного вдав- ливанием клиновидного ножа, и его параметров (глубина внедрения ножа, угол и радиус при вершине), а также твердости материала на усилие ломки и отклонение траектории трещины. Для этого мерные заготовки диаметром 33 mm, длиной 100 mm из стали 45 твердостью НВ250 и стали ЩХ15 твер- достью НВ370 и НВ230 предварительно надрезали призматическим ножом. Угол профиля надреза 30 и 60°, глубина внедрения ножа для стали 45 – 1.5; 3.0; 6.0 mm, для стали ШХ15 – 1.5; 2.5; 4.0 mm, радиус при вершине − 0.1; 0.25; 0.5 mm (рис. 1). В результате обработки экспериментальных данных выведена эмпириче- ская зависимость усилия внедрения ножа от исследуемых параметров 6 ins (0.0004 0.013)HBP Н r= ∆ α + , (1) где ∆H, α и r − соответственно глубина, угол раскрытия и радиус надреза. Из эмпирической зависимости видно, что на усилие внедрения оказывают влияние все исследуемые параметры. Определяющими являются глубина и угол раскрытия надреза. Изучение прочности и стойкости ножей, изготов- ленных из стали ЭП761 с твердостью HRC60 показало, что для сталей 45 и ШХ15 с твердостью НВ250 наиболее оптимальными по стойкости являются Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 140 параметры ножа: угол 60−90° и ради- ус при вершине 0.1 mm при 2060 цик- лах; для стали ШХ15 твердостью НВ370 − угол 90° и радиус при вер- шине 0.1 mm при 320−350 циклах. Ножи с углами 30 и 60° при нанесе- нии надрезов на стали ШХ15 с твер- достью НВ370 имеют низкие прочно- стные характеристики. Нож с углом 30° разрушался при одном нагруже- нии, а на ноже с углом 60° наблюдал- ся скол при 40–60 циклах. Для ножа с углом 120° наблюдался износ по ра- диусу до 0.3 mm при 120−130 циклах. Таким образом, результаты исследования показали, что для материалов, подвергающихся разделению, с твердостью НВ250 можно рекомендовать клиновидный нож с углами 60−90°, для материалов с твердостью НВ370 – нож с углом 90°. Исходя из экспериментальных данных, величины отклонения траектории трещины δ и усилия ломки P зависят от глубины ∆Н (рис. 2) и угла надреза α (рис. 3). Наибольшее отклонение траектории трещины δ характерно для надреза с параметрами r = 0.5 mm; α = 60−90°; ∆Н = 1.0−6.0 mm. Увеличе- ние глубины надреза незначительно повышает качество поверхности разру- шения, так как минимальное отклонение трещины для ∆H = 6 mm составля- ет 1.3 mm. Усилие ломки для указанных параметров P ≈ 0.32 MN, поверх- ность излома характеризуется наличием глубоких рубцов и ступенек со сто- роны опоры (рис. 4,а). Р, М N 0.3 0.1 3 1 δ, m m 0.5 5 0 2 4 6 ∆H 2 4 1 3 5 1 2 4 3 5 6 Р, М N 0.3 0.1 3 1 δ, m m 0.5 5 0 2 4 6 ∆H 5 6 4 63 5 2 1 1 2 3 а б Рис. 2. Зависимость усилия ломки P (−○−) и величины отклонения траектории трещи- ны δ (− −) от глубины надреза: а − сталь ШХ15: при r = 0.1 mm 1 − α = 60°, 2 − 90°, 3 − 120°; при r = 0.5 mm 4 − α = 60°, 5 − 90°, 6 − 120°; б − сталь 45: при r = 0.1 mm 1 − α = 30°, 2 − 60°, 3 − 90°; при r = 0.5 mm 4 − α = 30°, 5 − 60°, 6 − 90° Рис. 1. Схема получения концентрато- ра напряжений вдавливанием ножа Р/2 Р/2α δ ∆H r l D = 2 4 Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 141 Р, М N 0.3 0.1 40 60 80 100 120 3 1 δ, m m α 0.5 54 5 1 2 3 4 5 6 1 3 6 2 Р, М N 0.3 0.1 40 60 80 3 1 δ, m m α 3 1 4 32 4 2 а б Рис. 3. Зависимость усилия ломки P (−○−) и величины отклонения траектории трещи- ны δ (− −) от угла концентратора: а − сталь ШХ15: при r = 0.1 mm 1 − ∆H = 1.3 mm, 2 − 2.3 mm, 3 − 4.4 mm; при r = 0.5 mm 4 − ∆H = 1.3 mm, 5 − 2.3 mm, 6 − 4.4 mm; б − сталь 45: при r = 0.1 mm 1 − ∆H = 3.0 mm, 2 − 6.0 mm; при r = 0.5 mm 3 − 3.0 mm, 4 − 6.0 mm Оптимальными параметрами концентратора напряжений для стали 45, как видно из графиков, являются r = 0.1−0.25 mm, α = 60−90°, ∆Н = 4−6 mm. При уменьшении глубины надреза, начиная с ∆Н = 4 mm, наблюдается рез- кое снижение качества поверхности разделения, которое выражается в уве- личении δ до большого значения, в десятки раз превышающего допустимое. Поверхность излома при малых глубинах концентратора от 1 до 4 mm по- добна поверхности излома, полученной при больших радиусах (r = 0.5 mm). Излом при оптимальных параметрах (рис. 4,б) характеризуется наличием мелких рубцов и ступенек, не превышающих по величине 0.3 mm. Таким образом, для стали 45 увеличение радиуса надреза более 0.25 mm и уменьшение глубины надреза от 4 mm характеризуются низким качеством поверхности разделения. Углы оказывают меньшее влияние на величину от- клонения трещины от плоскости разделения, чем глубина концентратора и радиус. Усилие ломки при определенных параметрах концентратора напря- жений составляет минимальное значение. Для стали ШХ15 наибольшее отклонение трещины наблюдалось для кон- центратора, имеющего параметры: r = 0.5 mm, α = 120°, ∆Н = 1−5 mm, при- чем угол надреза 120° дает положительный эффект только при относительно большой глубине концентратора напряжений и радиусе при вершине 0.1 mm. Усилие ломки для указанных параметров составляет максимальную величину. Наиболее оптимальными для ломки параметрами концентратора напряжений Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 142 а б Рис. 4. Поверхность излома стали 45: а − r = 0.5 mm, α = 60°, ∆H = 1.7 mm; б − r = = 0.1 mm, α = 60°, ∆H = 6.0 mm для стали ШХ15 являются: r = 0.1−0.25 mm, α = 60−90°, ∆Н = 2−5 mm. При- чем с ростом глубины концентратора напряжений, начиная с 2 mm, величи- на отклонения траектории трещины от плоскости разрушения остается прак- тически постоянной и колеблется в пределах δ = ±0.3 mm. Поверхность из- лома при оптимальных параметрах характеризуется наличием малых по ве- личине и площади рубцов и ступенек. Анализ исследуемых параметров по- казал, что величина отклонения траектории трещины при разрушении с кон- центратором, образованным клиновидным ножом, связана с радиусом, глу- биной и углом надреза следующей эмпирической зависимостью: 4 20.001 0.13 4 ,c m r K H   δ = + α − α +  ∆  (2) где Km – коэффициент концентрации исследуемого материала, зависящий от пластичности сталей (для хрупких сталей имеет меньшие значения). Для стали ШХ15 Km = 0.65−0.85, для стали 45 Km = 1.25−1.35. Большие значения коэффициента используются для больших сечений, меньшие – для малых. Значения вычисленных коэффициентов определяли из условий реальных величин усилий ломки, полученных для исследуемых параметров надреза вдавливанием клиновидного ножа. Таким образом, для симметрично нагруженного образца с равными раз- деляемыми длинами качество поверхности разрушения зависит от глубины концентратора и радиуса при вершине. Угол надреза на качество поверхно- сти разделения большого влияния не оказывает. Экспериментальные данные позволяют построить графическую зависи- мость коэффициента концентрации напряжений при различных отношениях глубины надреза к радиусу на дне надреза при исследуемых углах раскры- тия последнего. При построении графической зависимости коэффициент концентрации определяли из отношения величины максимальной нагрузки Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 143 для образцов без надреза к величине максимальной нагрузки для образцов с надрезами. Из графика (рис. 5) видно, что коэффициент концентрации напря- жений для стали ШХ15 выше, чем для стали 45. Причем при больших отно- шениях и углах раскрытия надреза от 60 и 90° (кривые 1 и 2) наблюдается высокая концентрация напряжений, при угле 120° (кривая 3) концентрация напряжений резко падает. Для стали 45 значение коэффициента концентрации напряжений гораздо меньше по сравнению со сталью ШХ15. Причем с ростом отношения ∆Н/r ко- эффициент концентрации для иссле- дуемых параметров надреза растет очень медленно, уменьшение угла рас- крытия надреза еще в большей степени снижает коэффициент концентрации. При угле 30° (кривая 1) коэффициент концентрации имеет самый низкий уровень, с ростом угла от 30 до 90° (кривые 2 и 3) наблюдается незначи- тельное повышение этого коэффициента. Последнее, по-видимому, связано с более высоким упрочнением зоны концентратора. Анализ исследуемых параметров надреза, получаемого методом внедре- ния клиновидного ножа, показал, что коэффициент концентрации напряже- ний связан с радиусом, глубиной, углом надреза и твердостью разделяемых материалов следующей эмпирической зависимостью: ,nc НK r ∆ = (3) где n – показатель степени (4−15), зависящий от твердости и угла раскрытия надреза (для хрупких сталей n имеет меньшие значения). Формула усилия ломки с учетом коэффициента концентрации примет вид 3 0 0 10.4 b c DP l K σ = . (4) Проведенные исследования и анализ полученных результатов показали, что способ внедрения ножа при параметрах надреза: угле 60−90°, радиусе 0.1−0.25 mm и глубине, равной 6−15% сечения проката, обеспечивает ста- бильную поверхность разрушения, где отклонение траектории трещины не превышает 0.3−0.5 mm. 2.4 2.0 1.6 1.2 K c 10 30 50 ∆H r/ 1 2 3 3 1 2 Рис. 5. Зависимость коэффициента кон- центрации напряжений Kc от отноше- ния глубины надреза к радиусу ∆H/r для стали 45 (−ο−) с углами α = 30° (1), 60° (2), 90° (3) и стали ШХ15 (− −) с углами α = 60° (1), 90° (2), 120° (3) Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 144 Для исследования концентратора, образованного резанием, на мерных за- готовках резцом наносили круговой и сегментный надрезы с углом профиля 60 и 90°, радиусом на дне надреза r = 0.1−0.5 mm и глубиной ∆Н = 1−6 mm. Ломку заготовок производили в несколько этапов. Сначала разрушали образцы с сегментными и круговыми надрезами с радиусом при вершине r = = 0.1 mm, углом раскрытия надреза α = 60 и 90° при глубине ∆Н = 1; 1.5; 2; 2.5; 3; 4; 5; 6 mm. Те же исследования были проведены для радиуса на дне надреза r = 0.25 и 0.5 mm. Анализ и обработка экспериментальных данных по влиянию кругового и сегментного надрезов на характер разрушения и сравнение этих результатов с результатами, полученными при ломке заготовок с концентратором, обра- зованным вдавливанием ножа, показали, что данные концентраторы имеют примерно одни и те же значения по усилию ломки и качеству поверхности разрушения. Для стали ШХ15 с твердостью НВ370 усилие ломки для круго- вого концентратора уменьшается на 3−8% по отношению к сегментному концентратору и концентратору, образованному вдавливанием ножа. Каче- ство поверхности разрушения с круговым концентратором также повышает- ся незначительно. Исследования концентратора, полученного электроконтактным методом, проводили в зоне концентратора с помощью металлографии. С этой целью на образцах из стали ШХ15 в месте предполагаемого разрушения электро- дом производили электроконтактное оплавление при силе тока до 500 А. В зоне образования электрической дуги в поперечном направлении вырезали шлиф, на котором исследовали изме- нение структурного состояния под воздействием электрической дуги. Изучение зоны термического влияния проводили на металлографическом микроскопе при 120-кратном увели- чении. Микроструктура зоны терми- ческого влияния неоднородна (рис. 6). Непосредственно в месте контакта электрической дуги с металлом про- ката структура характеризуется тре- щинами и раковинами. По структур- ному состоянию это крупноигольча- тый мартенсит. За этой зоной следует зона белого слоя, т.е. бесструктурный мартенсит с высокой твердостью, за- тем − зона отпуска и дальше – струк- тура основного материала. Различное Рис. 6. Микроструктура зоны концен- тратора при электроконтактном оплав- лении, ×120 Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 145 структурное состояние в зоне воздействия электрической дуги подтвержда- ется и различной микротвердостью, измерение которой проводили на мик- ротвердомере при нагрузке 1 N. Таким образом, термический концентратор создает различное структурное состояние, макро- и микротрещины, которые и обеспечивают высокую концентрацию напряжений в процессе разрушения. Ломка образца с концентратором, полученным электроконтактным оп- лавлением при различных значениях импульсов тока, показала, что основ- ным фактором, определяющим качество поверхности разрушения, является мощность импульса тока, который определяет локальную зону изменения структуры металла, обусловливая резкую концентрацию напряжений. По- верхности изломов при концентраторе напряжений, полученном электро- контактным способом, отличаются от поверхности изломов при концентра- торах, полученных вдавливанием ножа, более гладким рельефом. Практиче- ски отсутствуют рубцы и ступеньки. Коэффициент концентратора напряже- ний для электроконтактного способа имеет более высокие значения по от- ношению к способу внедрения ножа (Kc = 1.5−3.4). Для хрупких сталей Kc имеет большие значения. Таким образом, электроконтактный способ получения концентратора на- пряжений по отношению к способу внедрением ножа характеризуется по- вышенной концентрацией напряжения и более высоким качеством поверх- ности разрушения (δ = 0.2 mm). Исследовали также концентратор, изготовленный электроэрозионным ме- тодом, который выполняли в виде узких щелей шириной 0.1 mm, глубиной 1−5 mm. Надрез наносили электроэрозионным способом с помощью тонкой медной пластинки толщиной 0.1 mm. Ломка заготовок с концентратором, полученным таким способом, значительно снизила усилие ломки при мень- шей глубине надреза в сравнении со способом внедрения ножа. Коэффици- ент концентрации напряжений при электроэрозионном способе имеет более высокие значения: Kc = 1.2−4.0 (большие значения соответствуют хрупким сталям). Таким образом, очевидно, что электроэрозионный способ получения кон- центратора напряжений обеспечивает минимальное отклонение траектории трещины по сравнению со способом внедрения ножа и резанием. Усилие ломки по сравнению со способом внедрения ножа падает на 20−30%. Выводы Анализ способа получения концентратора напряжений показал, что спо- собы внедрения ножа и резания обеспечивают примерно одинаковое качест- во поверхности разделения, усилия ломки для данных способов также прак- тически не имеют различий. Электроконтактный способ получения концен- тратора напряжений отличается от способа внедрения ножа, резания и элек- троэрозионного прожигания своими параметрами. Если для способа получе- ния концентратора методом внедрения ножа или резания основными пара- Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 146 метрами являются радиус и глубина надреза, то электроконтактный способ, практически не изменяя форму надреза, изменяет структуру металла, обра- зуя при этом большое количество макро- и микротрещин, которые опреде- ляют высокую концентрацию напряжений. Это меняет характер поверхно- сти разрушения в сторону повышения качества поверхности и снижения усилия ломки. Электроэрозионный концентратор имеет форму узкой щели, приближающейся к трещине, поэтому концентрация напряжений достигает наибольших значений. Проведенные исследования и анализ полученных данных показали, что наиболее эффективный концентратор образуется в результате электрокон- тактного оплавления при силе тока 200−300 A и электроэрозионном прожи- гании при ширине прорези 0.1 mm. Способ внедрения ножа и резания с па- раметрами надреза: углом 60−90°, радиусом 0.1−0.25 mm и глубиной, рав- ной 6−15% сечения проката, обеспечивает минимальное отклонение траек- тории трещины. Металлографические исследования зоны концентратора показали, что при электроконтактном оплавлении образуется много макро- и микротре- щин, которые обусловливают рост коэффициента концентрации напряжений перед разрушением. При выполнении надреза вдавливанием ножа и резани- ем трещин не образуется, что снижает величину коэффициента концентра- ции напряжений. Но для практической реализации способ внедрения ножа представляет больший интерес, так как он хорошо компонуется в установках для разделения проката изгибом. 1. В.И. Косяк, Проблемы прочности № 2, 100 (1981). 2. П. Кросли, Э. Риплинг, в сб.: Механика разрушения. (Быстрое разрушение, ос- тановка трещин), Мир, Москва (1981), № 25, с. 74−100. 3. В.М, Финкель, Физические основы торможения разрушения, Металлургия, Мо- сква (1977). 4. Е.Н. Высоцкий, В.И. Косяк, КШП № 11, 45 (1977). E.N. Vysotsky RESEARCH OF STRESS CONCENTRATOR, GOT BY DIFFERENT WAYS, AT BREAKING OF ROLLED METAL BY BENDING Influence of the stress concentrator on separation force of the rolled metal bending and crack path was investigated using the concentrators prepared by the different methods: indentation of the triangular blade into rolled metal; turning of the segmented and circular notches; local electrocontact melting of the rolled metal surface; electroerosion burning of narrow slots. The analysis of the investigation data showed that the most effective con- centrator forms as a result of the electrocontact flash at 200−300 A current strength, as well as electroerosion burning with 0.1 mm slot width. The method of blade insertion and cutting with notch optimal parameters ensures the minimal crack path deflection. The Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 3 147 method of the blade indentation is of a great interest since it is arranged well enough into the facility for the rolled metal separation. Fig. 1. A scheme of stress concentrator initiation by pressing a knife Fig. 2. Dependence of crushing force P (−○−) and value of crack trajectory deviation δ (− −) on cut depth: а − steel ШХ15: for r = 0.1 mm 1 − α = 60°, 2 − 90°, 3 − 120°; for r = = 0.5 mm 4 − α = 60°, 5 − 90°, 6 − 120°; б − steel 45: for r = 0.1 mm 1 − α = 30°, 2 − 60°, 3 − 90°; for r = 0.5 mm 4 − α = 30°, 5 − 60°, 6 − 90° Fig. 3. Dependence of crushing force P (−○−) and value of crack trajectory deviation δ (− −) on concentrator angle: а − steel ШХ15: for r = 0.1 mm 1 − ∆H = 1.3 mm, 2 − 2.3 mm, 3 − 4.4 mm; for r = 0.5 mm 4 − ∆H = 1.3 mm, 5 − 2.3 mm, 6 − 4.4 mm; б − steel 45: for r = 0.1 mm 1 − ∆H = 3.0 mm, 2 − 6.0 mm; for r = 0.5 mm 3 − ∆H = 3.0 mm, 4 − 6.0 mm Fig. 4. Surface of steel 45 fracture: а − r = 0.5 mm, α = 60°, ∆H = 1.7 mm; б − r = 0.1 mm, α = 60°, ∆H = 6.0 mm Fig. 5. Dependence of stress concentration factor Kc on the ratio of cut depth and radius ∆H/r for steel 45 (−ο−) with angles α = 30° (1), 60° (2), 90° (3) and steel ШХ15 (− −) with angles α = 60° (1), 90° (2), 120° (3) Fig. 6. Microstructure of concentrator zone under electric-contact fusion, ×120

Исследование концентратора напряжений, полученного различными способами, при ломке проката изгибом

Institution

Similar Items