Интенсификация способов обработки давлением сталей и сплавов, применяемых в турбостроении
Обработка давлением жаропрочных сталей и сплавов затруднена из-за высокого сопротивления деформации и пониженной пластичности этих материалов. Поэтому большое внимание уделяется способам интенсификации процесса пластической деформации. Одним из таких способов является создание пульсирующей нагрузки, что достигается приложением к инструменту или непосредственно к заготовке низкочастотных колебаний. Исследованиями [1] установлены оптимальные параметры вибрационного нагружения: частота 5—100 Гц, амплитуда 0,1 —1,0 мм.
Широкое использование эффекта низкочастотной вибрации в кузнечно-штамповочном производстве ограничено из-за отсутствия мощных вибраторов. Поэтому низкочастотная вибрация сможет найти применение в первую очередь в таких процессах обработки металлов давлением, в которых очаг деформации имеет относительно небольшие размеры. Примером такого вида деформации является кузнечная рубка.
Влияние низкочастотной вибрации на энергосиловые параметры процесса кузнечной рубки исследовалось с помощью приспособления, схема которого показана на рис. 1. Вибрационная ударная нагрузка частотой 18 Гц, создаваемая вибраторами 1, передавалась при помощи штифтов на топор 2, свободно закрепленный на верхней плите. Усилие рубки воспринималось двумя динамометрами 5 растяжения типа ДОСМ, на которых была подвешена нижняя плита с бойком 4. Статическая нагрузка Рсг создавалась при помощи грузов. В качестве заготовок 3 использовали прутки диаметром <2=30 ч-90 мм из сталей СтЗ, 20, 45, предварительно нагретые в пламенной печи до температуры 900°С. Для сравнения полученных данных провели рубку тех же заготовок на гидравлическом прессе усилием 25 тс без приложения вибрационной нагрузки.
Результаты исследования, представленные на рис. 2, показывают, что при вибрационном нагружении усилие рубки снижается в 20—30 раз. Это гораздо больше, чем эффект от вибрационного нагружения, полученного на других операциях обработки давлением [1], так как в данном случае вибрационная нагрузка приложена на узком участке заготовки. При кузнечной рубке жаропрочных сталей и сплавов стойкость топоров очень низка. Применение вибрационной рубки позволит значительно повысить стойкость инструмента.
Длительная прочность жаропрочных сталей и сплавов в значительной степени зависит от неоднородности размеров зерен по объему детали, причиной которой является неоднородность деформации. На той же установке было проведено исследование влияния ударного вибронагружения на неоднородность деформации при осадке составленных свинцовых образцов с размерами ^0=30 мм, /г0= 30 мм, — диаметр, п0 — высота). Образцы с нанесенной квадратной делительной сеткой (размер ячеек до деформации 2 мм) осаживали до различной конечной высоты (е= =17; 33; 50%).
На рис. 3 приведены некоторые из полученных результатов. Они показывают, что при вибрационном нагружении деформация происходит более равномерно по объему металла. Природа эффекта вибрационного нагружения окончательно не установлена. Большинство исследователей считают, что причиной положительного влияния вибрационного нагружения является изменение условий трения на контактной поверхности, однако высказываются предположения # об изменении механизма пластической деформации [2]. Для установления влияния контактного трения на снижение усилия деформации при вибрационном нагружении жаропрочных сталей образцы деформировали так, чтобы контактное трение отсутствовало. Для этого использовали испытаняе на одноосное растяжение. Для создания вибрационной нагрузки применили шариковый вибратор [3] с частотой 25 Гц и амплитудой 0,4 мм, который был установлен на столе механического пресса усилием 50 тс. Растягивающую нагрузку в образцах создавали при помощи реверсивного приспособления. Для испытания использовали образцы диаметром 6 мм из сталей 18Х11МНФБ (ЭП 291), 31X19Н9МВБТ (ЭИ 572) и 15X11МФ, Растяжение проводили без нагрева образцов. Результаты испытания на одноосное растяжение приведены в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что пластичность сталей при обоих видах нагружения практически одинакова. Это свидетельствует о том, что при исключении контактного трения вибрационное нагружение не дает эффекта. Для сравнения в табл. 2 приведены результаты испытания на осадку при комнатной температуре образцов размерами: по~ 10 мм, /10=20 мм из сплава на никелевой основе ХН65ВМТЮ (ЭИ 893), проведенного на той же установке с шариковым вибратором. Осадку проводили до появления первых трещин на боковой поверхности образца.
Результаты, приведенные в табл. 2, свидетельствуют, что вибрационное нагружение повысило пластичность образцов из жаропрочного сплава в среднем на 16%. При сравнении данных табл. 1 и 2 можно сделать заключение, что причиной положительного эффекта при ' вибрационном нагружении является изменение условий контактного трения (рис. 3), в результате чего изменяется и схема напряженного состояния. Выводы
1. Применение низкочастотной вибрации при кузнечной рубке жаропрочных сталей и сплавов повысит стойкость инструмента.
2. Деформация жаропрочных сталей и сплавов при вибрационном нагружении позволяет повысить их пластичность и уменьшить неоднородность деформации.