Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки
Для количественной оценки качества материала заготовки, подвергнутой равноканальной многоцикловой деформации реверсивной закрытой прошивкой, в качестве критерия оценки гомогенности его механических свойств выбраны твердость по Виккерсу HV, ее дисперсия D и коэффициент вариации V, которые дают возмож...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Datum: | 2012 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2012
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131142 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки / С.В. Мирошниченко, Ю.В. Коновалов // Металл и литье Украины. — 2012. — № 12. — С. 29-32. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131142 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Мирошниченко, С.В. Коновалов, Ю.В. 2018-03-14T10:46:08Z 2018-03-14T10:46:08Z 2012 Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки / С.В. Мирошниченко, Ю.В. Коновалов // Металл и литье Украины. — 2012. — № 12. — С. 29-32. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131142 621.9 Для количественной оценки качества материала заготовки, подвергнутой равноканальной многоцикловой деформации реверсивной закрытой прошивкой, в качестве критерия оценки гомогенности его механических свойств выбраны твердость по Виккерсу HV, ее дисперсия D и коэффициент вариации V, которые дают возможность выбора оптимальных режимов обработки давлением материала заготовки. Для кількісної оцінки якості матеріалу заготівки, яку піддавали рівноканальній багатоцикловій деформації реверсивною закритою прошивкою, в якості критерію оцінки гомогенності його механічних властивостей вибрано твердість по Віккерсу HV, її дисперсію D та коефіцієнт варіації V, які дають можливість вибору оптимальних режимів обробки тиском матеріалу заготівки. To quantify the quality of billet material, subjected to equal-channel multicyclic deformation as criterion for evaluating homogeneity of its mechanical properties are Vickers hardness (HV), its dispersion (D) and coefficient of variation (V), which give the possibility to choose the optimal modes of forming material. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки Експериментальне вивчення твердості матеріалу в процесі реверсивної закритої прошивки Experimental study of material hardness during reversive enclosed broaching Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки |
| spellingShingle |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки Мирошниченко, С.В. Коновалов, Ю.В. |
| title_short |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки |
| title_full |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки |
| title_fullStr |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки |
| title_sort |
экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки |
| author |
Мирошниченко, С.В. Коновалов, Ю.В. |
| author_facet |
Мирошниченко, С.В. Коновалов, Ю.В. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Металл и литье Украины |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Експериментальне вивчення твердості матеріалу в процесі реверсивної закритої прошивки Experimental study of material hardness during reversive enclosed broaching |
| description |
Для количественной оценки качества материала заготовки, подвергнутой равноканальной многоцикловой деформации реверсивной закрытой прошивкой, в качестве критерия оценки гомогенности его механических свойств выбраны твердость по Виккерсу HV, ее дисперсия D и коэффициент вариации V, которые дают возможность выбора оптимальных режимов обработки давлением материала заготовки.
Для кількісної оцінки якості матеріалу заготівки, яку піддавали рівноканальній багатоцикловій деформації реверсивною закритою прошивкою, в якості критерію оцінки гомогенності його механічних властивостей вибрано твердість по Віккерсу HV, її дисперсію D та коефіцієнт варіації V, які дають можливість вибору оптимальних режимів обробки тиском матеріалу заготівки.
To quantify the quality of billet material, subjected to equal-channel multicyclic deformation as criterion for evaluating homogeneity of its mechanical properties are Vickers hardness (HV), its dispersion (D) and coefficient of variation (V), which give the possibility to choose the optimal modes of forming material.
|
| issn |
2077-1304 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131142 |
| citation_txt |
Экспериментальное изучение твердости материала в процессе реверсивной закрытой прошивки / С.В. Мирошниченко, Ю.В. Коновалов // Металл и литье Украины. — 2012. — № 12. — С. 29-32. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT mirošničenkosv éksperimentalʹnoeizučenietverdostimaterialavprocessereversivnoizakrytoiprošivki AT konovalovûv éksperimentalʹnoeizučenietverdostimaterialavprocessereversivnoizakrytoiprošivki AT mirošničenkosv eksperimentalʹnevivčennâtverdostímateríaluvprocesíreversivnoízakritoíprošivki AT konovalovûv eksperimentalʹnevivčennâtverdostímateríaluvprocesíreversivnoízakritoíprošivki AT mirošničenkosv experimentalstudyofmaterialhardnessduringreversiveenclosedbroaching AT konovalovûv experimentalstudyofmaterialhardnessduringreversiveenclosedbroaching |
| first_indexed |
2025-11-26T01:42:51Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:42:51Z |
| _version_ |
1850605422553071616 |
| fulltext |
2� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’20122� 2�МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
УДК 621.9
С. В. Мирошниченко, Ю. В. Коновалов*
Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина НАН Украины, Донецк
*Донецкий национальный технический университет «ДонНТУ», Донецк
Экспериментальное изучение твердости материала
в процессе реверсивной закрытой прошивки
Для количественной оценки качества материала заготовки, подвергнутой равноканальной многоцикловой
деформации реверсивной закрытой прошивкой, в качестве критерия оценки гомогенности его механических
свойств выбраны твердость по Виккерсу HV, ее дисперсия D и коэффициент вариации V, которые дают
возможность выбора оптимальных режимов обработки давлением материала заготовки.
Ключевые слова: твердость по Виккерсу, дисперсия твердости, коэффициент вариации, многоцикловая
деформация, реверсивная закрытая прошивка
О
дним из весомых показателей изменения ме-
ханических свойств материала заготовок при
пластической обработке является изменение его
твердости. Метод испытания твердости находит
все более широкое применение для определения
степени деформации и интенсивности напряженного
состояния в пластической области деформируемого
тела через зависимость между твердостью, интенсив-
ностью напряжений и деформаций [1, 2]. Однако при
исследовании процессов разрушения материалов
вследствие накопления повреждений сама характе-
ристика твердости является слабо чувствительной к
изменениям поврежденности материала. Наиболее
представительными в отношении оценки состояния
материала следует считать не абсолютные значения
твердости, а характеристики рассеяния абсолютных
значений результатов измерений, выполненных в
идентичных условиях [3].
Для получения характеристик рассеяния резуль-
татов изменения твердости при накоплении плас-
тических деформаций важно определить, как ста-
тистически распределено это свойство. В механике
материалов чаще всего используют два распреде-
ления: Вейбулла [4] и нормальное [5]. По-видимому,
каждое из них наиболее адекватно описывает опре-
деленную группу материалов в определенной стадии
процесса поврежденности. Для анализа технологии
закрытой прошивки авторами принято нормальное
распределение (что подтверждено проверкой при-
надлежности экспериментальных выборок к соот-
ветствующей генеральной совокупности с помощью
непараметрического критерия χ2). А для оценки го-
могенности твердости в отдельных зонах и ее харак-
теристики по объему заготовки – среднее квадратич-
ное отклонение S, дисперсия D = S2 и коэффициент
вариации V = S/ HV , где HV – средняя твердость в
отдельных зонах или по объему заготовки [5].
Цель данной работы – изучение закономерно-
стей изменения твердости по Виккерсу и ее рассея-
ния при различных степенях разовой и накопленной
немонотонной деформации в условиях реверсивной
закрытой прошивки (РЗП) заготовок из меди М1 и
вторичного алюминия.
Среднюю величину накопленной деформации за
цикл закрытой прошивки ец. п рассчитывали по соот-
ношению У. Джонсона [6]
ец. п = 0,8 + 1,5 ln[d2
2 / ( d2
2 - d1
2)],
где d1, d2 – наружные диаметры внутреннего пуансо-
на и заготовки соответственно (d1 = 21 мм, d2 = 30 мм,
ец = 1,8). Накопленная деформация за цикл реверси-
рования (возвращение заготовки к исходной цилинд-
рической форме) ец. р = 1,8. Суммарная деформация
за один цикл обработки е1 = 3,6.
Экспериментальное изучение изменения твердо-
сти материала в процессе РЗП проведено в две ста-
дии. В ходе первой – производили измерения твер-
дости исследуемых образцов в исходном состоянии
(медь М1, отжиг 600 °С, 1 ч, HV 480 МПа, D = 900),
а также после каждой прошивки и реверсирования
цилиндрической формы заготовки (прибор модель
ТП-7Р-1). В процессе второй стадии изучали кине-
тику рассеяния твердости после циклов деформи-
рования.
Результаты измерений твердости в двух диамет-
ральных направлениях на обоих торцах медной за-
готовки после каждого цикла обработки приведены
на рис. 1. После первого цикла обработки (рис. 1,
е1 = 3,6) наблюдается отставание упрочнения
(≈ 15 %) в осевой зоне у нижнего торца заготовки
( HV 857) по сравнению с этой же зоной у верхнего
торца ( HV 997), а также опережающее упрочнение
периферийных слоев нижнего торца заготовки ( HV
1060), прилегающих к зоне наружной поверхности
внутреннего пуансона (d1 = 21 мм, HVmax 1200 МПа).
Упрочнения периферийных зон верхнего и нижнего
торцов заготовки мало (на 3-5 %) отличаются друг
от друга. Средняя твердость периферийных зон по
заготовке в целом HV 1037 при дисперсии D = 979,
что указывает на малую поврежденность материала,
соизмеримую с поврежденностью исходной заготов-
ки. С другой стороны, средняя твердость приосевой
зоны HV 918 при D = 6429 свидетельствует о накоп-
лении повреждений и сильном рассеянии твердости.
Перед вторым циклом обработки (е2 = 3,6;
е1-2 = 7,2) заготовку размещали в штампе после
30 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’201230 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
поворота на 180°, то есть верхний и нижний торцы
менялись местами. Средние значения твердости в
контролируемых зонах изменились мало: HV 1119 –
в периферийных зонах заготовки и HV 910 МПа – в
приосевой. Вместе с тем сильно увеличились па-
раметры рассеяния твердости, соответственно
Dп. 2 = 3838 и Dо. 2 = 9000 при средней твердости по
заготовке, как и после первого цикла HV 1015.
Перед третьим циклом обработки (е3 = 3,6;
е1-3 = 10,8) заготовку размещали в штампе после
поворота на 180°. Средние значения твердости в
контролируемых зонах изменились мало: HV 1120 –
в периферийных зонах заготовки и HV 1022 – в
приосевой, а параметры рассеяния твердости умень-
шились, соответственно Dп. 3 = 1858 и Dо. 3 = 2767
при средней твердости по заготовке HV 1050.
После поворота на 180° и четвертого цикла де-
формирования (е4 = 3,6; е1-4 = 14,4) расхождение
средних значений твердости в контролируемых зо-
нах составило 8,5-9,3 % при средней твердости по
заготовке HV 1090 и параметре рассеяния твердо-
сти D4 = 1550.
Изменение средних значений твердости HV и ее
дисперсии D по циклам деформации иллюстрирует
неоднородность упрочнения в разных зонах заго-
товки (рис. 2). Максимальный уровень упрочнения
зафиксирован в периферийной области заготовки.
В осевой области заготовки отмечена максималь-
ная неравномерность наклепа (D ≈ 9000) после
е = 7,2 с постепенным снижением ее до значений
D = 1550 при величине накопления деформации
е = 14,4. У периферийных зон заготовок достаточно
высокое рассеяние твердости (колебание признака):
D = 1800-3900, е = 7,2-14,5. Такой характер рассея-
ния твердости при РЗП в различных зонах попереч-
ного сечения заготовки объясняется двумя причи-
нами – активной деформацией периферии и за-
стойными зонами у оси, снижающими локальную
накопленную деформацию. При оценке изменения
значений твердости и ее рассеяния по поперечно-
му сечению заготовки в целом (рис. 3) можно выде-
лить три стадии накопления деформации.
1-я стадия (е ≤ 5) характеризуется интенсивным
ростом наклепа (∆HV1/ HV0 ≈ 0,5-0,7) и его рассеяния
Рис. 1.
N N
N
N
а б
в г
HV,
МПа
HV,
МПа
HV,
МПа
HV,
МПа
Значения твердости HV вдоль диаметральных направлений торцов заготовки по циклам обработки РЗП: I цикл – е1 = 3,6 (а);
II цикл – е2 = 3,6; е1-2 = 7,2 (б); III цикл – е3 = 3,6; е1-3 = 10,8 (в); IV цикл – е4 = 3,6; е1-4 = 14,4 (г): х, + – значения твердости,
измеренные на нижнем торце образца в направлениях 1 и 2 соответственно; ∆, ○ – значения твердости на верхнем торце, измеренные
в направлениях 1 и 2 соответственно.
Примечание: названия нижний и верхний можно условно оставить без изменений, несмотря на кантовку (переворот на 180°) заготовки
перед каждым следующим циклом обработки, когда положения торцов меняются с нижнего на верхний
30 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’201230 31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
(D1/D0 ≈ 10-50). Это связано, по-видимому, с наличи-
ем упругих зон на опорном торце заготовки.
На 2-й стадии выдавливания (е = 5-10) отмеча-
ется стабильный уровень HV в образцах с высо-
ким уровнем значений ее рассеяния.
На 3-й стадии выдавливания (е > 10) твердость
остается на стабильно высоком уровне при сниже-
нии величины дисперсии на 40 %.
Критерии, представляющие качество обработки
заготовок из меди и вторичного алюминия (тигель-
ная плавка в электропечи, разливка в формы, отжиг
при 400 °С, 1 ч), деформированных РЗП, приведены
в таблице.
При обработке РЗП характер приращения на-
клепа монотонный во всей исследованной области
деформации до значения ее накопления е = 14,4
(доверительные интервалы после 2, 3 и 4-го циклов
соответственно 24,3; 15,5 и 21,1 МПа), а коэффици-
ент вариации оставался на довольно низком уровне
(6,7 %), что свидетельствует о достаточно малом
разбросе исследуемых значений. Наблюдается су-
щественный прирост прочности вторичного алюми-
ния после накопления деформации е = 3,6-7,2 при
монотонном снижении коэффициента вариации в
процессе деформирования, хотя стандартное от-
клонение изменяется немонотонно. Деградация
твердости зафиксирована уже после е = 10,8, чего
не было при РЗП меди.
Анализ приведенных результатов позволяет
констатировать гомогенизацию твердости по попе-
речному сечению заготовок. Насыщение упрочне-
ния достигается в диапазоне накопленной дефор-
мации е = 5-14 для образцов из меди и е = 7-11
для образцов из вторичного алюминия; в диапазо-
не е = 10,8 достигается уменьшение рассеяния
твердости, определяемого дисперсией твердости
(стандартным отклонением) и коэффициентом ее
вариации.
Выводы
В качестве критерия оптимальности величины
накопленной деформации материала заготовки при
реверсивной закрытой прошивке целесообразно
выбирать максимальное значение средней по попе-
речному сечению твердости при минимальном зна-
чении ее рассеяния.
Для гомогенизации твердости по поперечному
сечению заготовок из меди М1 и вторичного алю-
миния при реверсивной закрытой прошивке доста-
точно накопление деформации на уровне е = 10,8.
Критерии качества заготовок из меди М1 и вторичного алюминия после РЗП
Цикл
обработки
Деформация за
цикл, ε
Накопленная
деформация, е HV S V, % Объем
выборки, шт
Медь М1
0 0 0 480 29.5 6.1 75
1 3,6 3,6 1007 88 8.7 82
2 3,6 7,2 1016 110 10.8 82
3 3,6 10,8 1061 66 6.2 73
4 3,6 14,4 1091 73 6.7 48
Вторичный алюминий
0 0 0 214 27,5 12,8 27
1 3,6 3,6 357 40 11,2 70
2 3,6 7,2 437 46 10,5 60
3 3,6 10,8 411 31 7,5 73
Рис. 2. Изменение средних значений твердости HV и их дис-
персий D от величины накопленной деформации е в осевой (+) и
периферийной (○) областях заготовки из меди М1
5
Рис. 2. Изменение средних значений твердости HV и их дисперсий D от величины накопленной деформации е в осевой
(+) и периферийной (○) областях заготовки из меди М1
87,5
Рис. 3. Значения средних по поперечному сечению заготовки показателей качества обработки РЗП меди М1 (□) и
вторичного алюминия ()
87,5
е
D × 10-3
1200
1050
900
750
600
450
0 2 4 6 8 10 12 14
10
8
6
4
2
HV
D
HV, МПа
Рис. 3. Значения средних по поперечному сечению заготовки
показателей качества обработки РЗП меди М1 (□) и вторичного
алюминия (∆)
HV, МПа
5
Рис. 2. Изменение средних значений твердости HV и их дисперсий D от величины накопленной деформации е в осевой
(+) и периферийной (○) областях заготовки из меди М1
87,5
Рис. 3. Значения средних по поперечному сечению заготовки показателей качества обработки РЗП меди М1 (□) и
вторичного алюминия ()
87,5
е
D × 10-3
1250
1100
950
800
650
500
350
200
0 3,6 7,2 10,8 14,4
10
8
6
4
2
HV
D
�2 ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012�2 ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 12 (235) ’2012
ЛИТЕРАТУРА
1. Дель Г. Д. Твердость деформируемого металла // Изв. АН СССР. Металлы. – 1967. – № 4. – С. 38-39.
2. Смирнов-Аляев Г. А., Чикидовский В. П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. –
Л.: Машиностроение, 1972. – 360 с.
3. Лебедев А. А., Музыка Н. Р., Волчек Н. Л. Определение поврежденности конструкционных материалов по парамет-
рам рассеяния характеристик твердости // Проблемы прочности. – 2002. – № 4. – С. 5-10.
4. Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. – М.: Физматлит, 2006. – 816 с.
5. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. – М.: Мир, 1970.
– 368 с.
6. Джонсон У., Меллор П. Теория пластичности для инженеров. – М.: Машиностроение, 1979. – 568 с.
Мирошниченко С. В., Коновалов Ю. В.
Експериментальне вивчення твердості матеріалу
в процесі реверсивної закритої прошивки
Для кількісної оцінки якості матеріалу заготівки, яку піддавали рівноканальній багатоцикловій деформації реверсив-
ною закритою прошивкою, в якості критерію оцінки гомогенності його механічних властивостей вибрано твердість
по Віккерсу HV, її дисперсію D та коефіцієнт варіації V, які дають можливість вибору оптимальних режимів обробки
тиском матеріалу заготівки.
Анотація
твердість по Віккерсу, дисперсія твердості, коефіцієнт варіації, багатоциклова
деформація, реверсивна закрита прошивкаКлючові слова
Miroshnichenko S. V., Konovalov Yu. V.
Experimental study of material hardness
during reversive enclosed broaching
To quantify the quality of billet material, subjected to equal-channel multicyclic deformation as criterion for evaluating
homogeneity of its mechanical properties are Vickers hardness (HV), its dispersion (D) and coefficient of variation (V),
which give the possibility to choose the optimal modes of forming material.
Summary
Vickers hardness, hardness dispersion, factor of a variation, multicyclic deformation,
the reversive enclosed broachingKeywords
Поступила 18.09.12
|