Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности
Показано, что при разделении проката по схеме трехточечного изгиба на отклонение траектории трещины оказывает влияние отношение длины недеформируемой части к длине плеча приложения изгибающей нагрузки l₁"/l₁' . Наименьшее отклонение от плоскости надреза наблюдается при отношении l₁"/l...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2005 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70172 |
| 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: | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности / Е.Н. Высоцкий // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 59-64. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860220202605608960 |
|---|---|
| author | Высоцкий, Е.Н. |
| author_facet | Высоцкий, Е.Н. |
| citation_txt | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности / Е.Н. Высоцкий // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 59-64. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Показано, что при разделении проката по схеме трехточечного изгиба на отклонение траектории трещины оказывает влияние отношение длины недеформируемой части к длине плеча приложения изгибающей нагрузки l₁"/l₁' . Наименьшее отклонение от плоскости надреза наблюдается при отношении l₁"/l₁' ≥ 1.
At the division of rolled products by the scheme of three point bending a deviation of crack trajectory is shown to be influenced by the ratio of the length of undeformed part to that of shoulder of bending load application l₁"/l₁'. The least deviation from the plane of notching is observed for l₁"/l₁' ≥ 1.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:17:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
59
PACS: 81.40.Np
Е.Н. Высоцкий
ВЗАИМОСВЯЗЬ СООТНОШЕНИЯ ДЛИН РАЗДЕЛЯЕМЫХ ЧАСТЕЙ
ПРОКАТА С КАЧЕСТВОМ ПОВЕРХНОСТИ
НПП «Станко Маш»
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 24 марта 2005 года
Показано, что при разделении проката по схеме трехточечного изгиба на откло-
нение траектории трещины оказывает влияние отношение длины недеформируе-
мой части к длине плеча приложения изгибающей нагрузки l1"/l1' . Наименьшее от-
клонение от плоскости надреза наблюдается при отношении l1"/l1' ≥ 1.
Введение
Для обеспечения прямолинейного продвижения трещины в поперечном
сечении проката необходимо создать такое напряженное состояние в зоне
сжатия, которое бы в динамике однозначно определяло симметричный угло-
вой коридор сжимающих напряжений с вершиной, размещенной в процессе
развития трещины в плоскости симметрии. Достаточным условием для полу-
чения такого углового коридора является обеспечение равновесия сил инер-
ционного сопротивления в недеформируемых отделяемых частях проката.
Известно [1,2], что совместное действие изгиба с учетом сил инерционно-
го сопротивления в недеформируемых частях проката формирует своеоб-
разный коридор сжимающих напряжений, при попадании внутрь которого
трещина затормаживается, и дальнейшее ее распространение определяется
влиянием на напряженное состояние сил инерционного сопротивления вне
деформируемых частей проката. Предполагается, что нижняя точка углового
коридора смещается относительно плоскости симметрии только при опреде-
ленных соотношениях длин недеформируемых частей проката в результате
динамического возмущения, вызванного силами инерции в этих частях. Это
позволит для некоторых параметров длин заготовок существенно стабили-
зировать трещину и улучшить качество поверхности излома, а также в даль-
нейшем прогнозировать вероятные пути изменения трещины и способ ста-
билизации распространения разрушения, что дает возможность придать
трассе трещины необходимое направление.
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
60
В процессе разрушения при нагружении проката трехточечным изгибом
установлена связь между изгибающими силами, силами инерционного со-
противления в недеформируемых частях проката, обусловленными разно-
стью отношений разделяемых длин, и полем сжимающих напряжений под
опорной призмой, картина распределения которого и определяет вероятные
пути отклонения траектории трещины в зоне сжатия [3].
Методы исследования и материалы
Достаточным условием для симметричности распределения напряжений под
опорной призмой при отделении заготовок от длинных штанг при 1 2l l′ ′= являет-
ся обеспечение отношения длины недеформируемой части 1l′′ к плечу приложе-
ния ломающей нагрузки 1l′ : 1 1/ 1l l′′ ′ ≥ или же разделение проката на равные части.
Минимальную величину отклонения траектории трещины от плоскости,
определяемой концентратором и опорной призмой, при разделении проката
на две неравные части определяли путем варьирования длин отделяемых
частей и плеч приложения изгибающей нагрузки.
Исследования проводили на двух марках сталей – ст.45 и ст.ШХ15 при
трехточечном нагружении с оптимальными параметрами концентратора на-
пряжений, полученного методом внедрения ножа с глубиной надреза 3 mm,
радиусом 0.1 mm и углом надреза 90°.
Результаты исследований и их обсуждение
Согласно полученным данным построили графическую зависимость ве-
личины отклонения траектории трещины от соотношения длин разделяемых
частей проката при 1 1/l l′′ ′ = 0.15; 1.0; 1.2. Из графика (рис. 1) видно, что ми-
нимальное отклонение траектории трещины (δ = 0.3 mm) соответствует от-
ношению длин разделяемых частей проката, равному 1.2.
Изменение отношения недеформируемой части заготовки к плечу изгибаю-
щей нагрузки в сторону уменьшения недеформированной части заготовки при-
вело к увеличению отклонения траектории трещины на величину δ = 1.0−5.5 mm.
Таким образом, разница в длинах разделяемых частей и отношение неде-
формируемых частей к плечу приложения изгибающей нагрузки оказывают
существенное влияние на характеристики качества поверхности изломов.
На основании полученных данных построена графическая зависимость ве-
личины отклонения траектории трещины от отношения длины недеформируе-
мой части заготовки к плечу изгибающей нагрузки (рис. 2). Из графика видно,
что оптимум величины отклонения траектории трещины зависит от отношения
длин недеформируемой части заготовки к плечу приложения изгибающей на-
грузки. Также видно, что для стали ШХ15 с повышением изгибающей нагрузки
(кривая 2) величина отклонения траектории трещины имеет минимальное зна-
чение при отношении длины недеформируемой части заготовки к плечу изги-
бающей нагрузки, равном 1. При уменьшении плеча от 50 до 35 mm (кривая 1)
оптимум отклонения трещины находится при отношении больше 1.
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
61
3
2
1
l / l2 1
2
4
4 8
δ,
m
m
1
2
1
3
5
0.5 1.51.0
l / l2 1
δ,
m
m
Рис. 1. Зависимость величины отклонения траектории трещины от отношения длин
разделяемых частей проката при l1"/l1' = 0.15 (1), 1.0 (2), 1.2 (3); − сталь ШХ15, - - -
− сталь 45
Рис. 2. Зависимость величины отклонения траектории трещины от отношения длин
недеформируемой части заготовки и плеча изгибающей нагрузки при l1' = l2' = 35 (1),
l1' = l2' = 50 (2)
Для стали 45 при плече изгибающей нагрузки 35 mm оптимум отклонения
трещины находится при отношении длины недеформируемой части заготов-
ки к плечу изгибающей нагрузки, равном 0.9, а для плеча 50 mm он равен
0.8 mm.
Отклонение траектории трещины при отношении длины недеформируе-
мой части заготовки к плечу изгибающей нагрузки 1 1/l l′′ ′ < 1 не наблюдалось
примерно до 2/3 диаметра заготовки, но в конце сечения оно составляло ве-
личину, примерно равную 4.0−5.0 mm. Причем такой характер отклонения
траектории трещины характерен для различной формы поперечного сечения
проката.
При указанных параметрах плеч приложения нагрузки и длин недефор-
мируемой части заготовки запись траектории движения отделяемых частей
проводили методом деформационного отпечатка на медную прокладку,
размещенную в зоне надреза. Для исследуемых параметров отпечатки тра-
ектории движения отделяемых частей были симметричны относительно
надреза.
Запись траектории движения вновь образовавшихся поверхностей произ-
водили для всех исследуемых параметров длин проката. При отношении
разделяемых длин l1/l2 = 10 и отношении длины недеформируемой части за-
готовки к плечу изгибающей нагрузки 1 1/l l′′ ′ = 0.15 запись траектории имеет
прерывистый несимметричный характер относительно концентратора на-
пряжений (рис. 3,а). По записи установлено, что разделяемые части имеют
равные траектории. В результате разрушения заготовки на медной проклад-
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
62
ке наблюдался отпечаток рельефа траектории движения разделяемых частей.
Видны четко очерченные ступеньки, причем ступеньки, образуемые короткой
отделяемой частью, в 2 раза длиннее, чем образуемые длинной частью.
При тех же параметрах, что и в рассмотренном случае, но при отношении
1 1/l l′′ ′ = 1.0 рисунок рельефа на медной прокладке выглядит иначе (рис. 3,б).
Как и в первом случае, отпечатки траектории движения имеют различие, но
менее выраженное. Зона рисунка траектории движения короткой отделяемой
части на медной прокладке уменьшилась по длине вдвое по сравнению с зо-
ной записи длинной части.
Измерение отклонения поверхности разрушения от заданной плоскости
показывает, что путь, пройденный трещиной от места старта без изменения
траектории трещины, равняется примерно (3/4)D, далее наблюдается откло-
нение траектории трещины в виде козырька (δ = 1.5 mm). По данной записи
можно судить о том, что разделяемые части в момент разрыва сплошности
приобретают приблизительно одинаковые скорость и ускорение.
Изменение отношения 1 1/l l′′ ′ до значения 1.2 при тех же параметрах про-
цесса ломки привело к стабилизации процесса разрушения. На рис. 3,в показана
медная прокладка, на которой видны равные зоны рельефа отпечатка.
б
в
Рис. 3. Медная прокладка с отпечатком рельефа траектории движения разделяемых
частей при: а – l1/l2 = 10 и l1"/l1' = 0.15; б – l1/l2 = 10 и l1"/l1' = 1.0; в − l1/l2 = 10 и l1"/l1' = 1.2
A A
А – А
а
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
63
Изменение отношения l2/l1 = 3 при 1 1/l l′′ ′ = 0.15 не изменило картину запи-
си. Со стороны короткой части наблюдается четко очерченная резкими сту-
пеньками широкая зона деформации медной прокладки, которая примерно в
2 раза по длине превышает зону записи длинного конца заготовки. Записи
рельефа на медной прокладке соответствуют рис. 3,а. Таким образом,
уменьшение отношения длины проката в заготовке (l2/l1 = 3) качественно не
меняет картину поверхности излома.
При ломке образцов пополам, когда l2/l1 = 1, при отношении 1 1/l l′′ ′ = 0.15
отпечаток рельефа соответствует изображенному на рис. 3,в. Аналогичный
отпечаток рельефа наблюдается также для l2/l1 = 1 и 1 1/l l′′ ′ = 1.2.
Особенностью установленного характера разрушения является то, что на
отклонение траектории трещины оказывает влияние длина заготовки и пле-
чо приложения нагрузки. Причем наименьшее отклонение трещины от
плоскости надреза наблюдается при длине заготовки, примерно равной 2D и
более, и плече приложения нагрузки, примерно равном D. Для указанных
параметров запись рельефа траектории отпечатка имела симметричный вид.
При длине заготовки, меньшей 2D, и плече приложения изгибающей на-
грузки, равном D, отпечаток траекторий отделяемых частей имеет несим-
метричный вид. Трещина при данных параметрах отклоняется от прямоли-
нейности до 5 mm.
Полученные результаты с достаточной для инженерной практики точно-
стью совпадают с результатами теоретических исследований [4]. Сложность
точного теоретического описания процесса ломки проката на неравные час-
ти предопределила построение эмпирической зависимости, которая показы-
вает, что отклонение траектории трещины δ связано с отношением 1 1/l l′′ ′ сле-
дующим уравнением:
1 1
1 1
1 113.9 2.5 13.9 2.5
2 2l
l la a c
l l
′′ ′′
δ = − − − − + + ′ ′
,
где а и с − коэффициенты, зависящие соответственно от пластичности стали
и плеча приложения изгибающей нагрузки (а = 0.6−0.93, с = 2.7−3.0).
Бóльшие значения коэффициентов характерны для хрупкой стали и малых
плеч приложения изгибающих нагрузок.
Выводы
Таким образом, установлено, что при симметричном нагружении трехто-
чечным изгибом на перераспределение напряжений относительно заданной
плоскости разрушения в процессе развития трещины оказывает влияние си-
ла инерционного сопротивления в недеформируемых отделяемых частях
проката. Достаточным условием для стабилизации траектории трещины при
отделении хрупкого проката изгибом от длинных штанг является обеспече-
ние отношения длины недеформируемой части 1l′′ к плечу приложения изги-
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 4
64
бающей нагрузки 1l′ больше 0.8−1.2 высоты сечения проката или ломка про-
ката пополам. Для заготовок, равных по длине двум диаметрам и более, с
длиной плеча приложения нагрузки, равной диаметру, трещина не отклоня-
ется от плоскости надреза. Для заготовок, по длине меньших двух диамет-
ров, трещина отклоняется на значительную величину.
1. П. Кросли, Э. Риплинг, Механика разрушения № 25, 74 (1981).
2. В.М. Финкель, Ю.И. Головин, Г.Б. Родюков, Холодная ломка проката, Метал-
лургия, Москва (1982).
3. Л.С. Мороз, Механика и физика деформаций и разрушения материалов, Маши-
ностроение, Ленинград (1984).
4. Т. Екобори, Физика и механика разрушения и прочность твердых тел, Метал-
лургия, Москва (1971).
E.N. Vysotsky
INTERRELATION BETWEEN THE RATIO OF LENGTHS OF DIVIDED
ROLLED PRODUCT PARTS AND SURFACE QUALITY
At the division of rolled products by the scheme of three point bending a deviation of
crack trajectory is shown to be influenced by the ratio of the length of undeformed part to
that of shoulder of bending load application l1"/l1'. The least deviation from the plane of
notching is observed for l1"/l1' ≥ 1.
Fig. 1. Dependence of the value of crack trajectory deviation on ratio of lengths of divided
rolled products for 1 1/l l′′ ′ = 0.15 (1), 1.0 (2), 1.2 (3); − steel ШХ15, - - - − steel 45
Fig. 2. Dependence of the value of crack trajectory deviation on ratio of lengths of unde-
formed part of billet and bending load arm for l1' = l2' = 35 (1), l1' = l2' = 50 (2)
Fig. 3. Copper spacer with printed relief of the trajectory of separated part motion for : а –
l1/l2 = 10 and l1"/l1' = 0.15; б – l1/l2 = 10 and l1"/l1' = 1.0; в − l1/l2 = 10 and l1"/l1' = 1.2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70172 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:17:36Z |
| publishDate | 2005 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Высоцкий, Е.Н. 2014-10-30T17:53:57Z 2014-10-30T17:53:57Z 2005 Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности / Е.Н. Высоцкий // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 4. — С. 59-64. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Np https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70172 Показано, что при разделении проката по схеме трехточечного изгиба на отклонение траектории трещины оказывает влияние отношение длины недеформируемой части к длине плеча приложения изгибающей нагрузки l₁"/l₁' . Наименьшее отклонение от плоскости надреза наблюдается при отношении l₁"/l₁' ≥ 1. At the division of rolled products by the scheme of three point bending a deviation of crack trajectory is shown to be influenced by the ratio of the length of undeformed part to that of shoulder of bending load application l₁"/l₁'. The least deviation from the plane of notching is observed for l₁"/l₁' ≥ 1. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности Взаємозв’язок співвідношення довжин частин прокату, що розділяють, з якістю поверхні Interrelation between the ratio of lengths of divided rolled product parts and surface quality Article published earlier |
| spellingShingle | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности Высоцкий, Е.Н. |
| title | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности |
| title_alt | Взаємозв’язок співвідношення довжин частин прокату, що розділяють, з якістю поверхні Interrelation between the ratio of lengths of divided rolled product parts and surface quality |
| title_full | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности |
| title_fullStr | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности |
| title_full_unstemmed | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности |
| title_short | Взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности |
| title_sort | взаимосвязь соотношения длин разделяемых частей проката с качеством поверхности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70172 |
| work_keys_str_mv | AT vysockiien vzaimosvâzʹsootnošeniâdlinrazdelâemyhčasteiprokataskačestvompoverhnosti AT vysockiien vzaêmozvâzokspívvídnošennâdovžinčastinprokatuŝorozdílâûtʹzâkístûpoverhní AT vysockiien interrelationbetweentheratiooflengthsofdividedrolledproductpartsandsurfacequality |