Методика проведения пластометрических исследований

ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОСТАЛЕЙ

Реология – наука о течении вещества, устанавливающая связь между напряженным и деформированным состояниями для различных материалов. Формализация уравнений состояния теории пластичности, с этой точки зрения, является разделом реологии, а сами уравнения состояния являются реологическими моделями. В настоящем разделе на основе идеализации истинных диаграмм сжатия и диаграмм деформирования строятся реологические модели исходных и наноструктурных сталей с учетом эффектов, сопровождающую пластическую деформацию, и наиболее существенных свойств деформируемой среды (вязкости и пластичности). Знания полученных реологических свойств исследуемых материалов позволят проектировать процессы деформирования (калибрования и волочения) для получения из наноструктурных заготовок готовой проволоки, а также прогнозировать свойства готовой продукции. В связи с этим целью исследований являлось определение сопротивления деформации при испытаниях на сжатие сталей 20 и стали 45 в исходном состоянии и после РКУП, в зависимости от степени и скорости деформации, а также вывод обобщенного уравнения состояния для данных материалов.

Методика проведения пластометрических исследований

Испытания на сжатие проводились на кулачковом пластометре. Профилированный кулачок пластометра моделирует во времени закон нагружения образца. В результате получают первичную информацию в виде осциллограммы зависимости усилия сжатия от времени (рисунок 2.1.). Контроль текущей высоты образца позволяет расчетным путем определить контактную площадь, среднее нормальное напряжение, а также величину и скорость деформации для любого момента времени. Для определения действительных значений усилий деформации и величины обжатия образца использовали заранее известные тарировочные графики месдоз.

Рабочий участок осциллограммы (на рисунке 2.1 он соответствует времени испытания от»0,032 с до»0,07 с) разбивается вертикальными линиями на равные по времени участки .

Истинное сопротивление деформации определялось по формуле (2.1):

, (2.1)

где - текущее усилие деформации (m_i - тарировочный коэффициент месдозы усилия, - текущая ордината кривой усилия);

- текущая площадь поперечного сечения образца (d₀, h₀ - диаметр и высота образца до испытания);

- текущая высота образца определяется из выражения, в котором - абсолютное обжатие образца (, - конечная и текущая ординаты кривой деформации).

Рисунок 2.1 - Типовая осциллограмма при испытаниях образцов

на кулачковом пластометре

Среднее сопротивление за весь цикл деформации образца определялось из выражения (2.2):

, (2.2)

где - общее число интервалов; , - полное время деформации образца и время, соответствующее каждому из - участков, на которые разбивается осциллограмма.

Текущая и конечная степень деформации рассчитывалась по формулам (2.3) и (2.4) соответственно:

, (2.3)

. (2.4)

Наличие контактного трения в плоскости соприкосновения бойков и образца, и как следствие неоднородность деформации (бочкообразование), учитывалось зависимостью (2.5):

, (2.5)

где - максимальная текущая площадь поперечного сечения образца; - текущий радиус максимального поперечного сечения.

Перевод из логарифмической степени деформации () в относительную степень деформации (, %) осуществлялся по уравнению связи (2.6):

. (2.6)

Обработка результатов проводилась на ПЭВМ с определением следующих величин: степени деформации , скорости деформации , сопротивления деформации , а также средних значений , и за время осадки образца. По результатам экспериментальных данных получены кривые упрочнения .

Пластометрические исследования проводились при температуре 20 ⁰С на цилиндрических образцах с исходными диаметрами d₀ = 6 мм и высотами h₀ = 9 мм. Образцы для испытаний изготавливались из центральных областей осесимметричных заготовок их токарной обработкой. Для достижения однородного напряженно-деформированного состояния в процессе осадки использовалась полировка и смазка контактных поверхностей. Статистическая достоверность результатов эксперимента достигалась проведением не менее трех параллельных испытаний для каждого значения скорости и степени деформации с фиксацией (расчетом) текущих значений степени деформации и сопротивления деформации. Число фиксируемых во времени испытаний пар значений равнялось 10-ти вне зависимости от величины предельной деформации.

Оценка однородности напряженно-деформированного состояния (НДС) осуществлялась качественно по графикам распределения скорости деформации в зависимости от степени деформации для каждого испытываемого образца.

В связи с достаточно высокими степенями деформации диаграммы деформирования строились без учета упругости.

Деформационный предел прочности определялся как максимальная степень относительной деформации, при которой происходит разрушение образца (появление радиальных трещин), фиксируемых визуально.