Литые штампы для горячего объемного деформирования - Куниловский В.В.
Скачать (прямая ссылка):
(1.7)
где Ф — полный эллиптический интеграл второго рода.
Выражение Ф2 — 0,212(а/ао,2) 2 = Ф рассматривают как параметр формы трещины, который учитывает ее геометрию (отношение малой оси к большой для эллиптической трещины).
Определив критическую глубину трещины и на основании усталостных испытаний скорость ее роста в условиях, соответствующих температурно-силовым параметрам нагружения опасных участков штампов, можно было бы выбирать необходимый для их успешной эксплуатации материал.
18
Однако'ИЗ уравнения (1.7) следует, что для определения /кр необходимо знать:
1) значения /С1си ао,2 в соответствующей температурной области; по данным работ [2, 32] участки гравюры штампов, в которых образуются усталостные трещины, в процессе эксплуатации разогреваются до температур <450-г-500°С;
2) рабочее напряжение а, приложенное перпендикулярно главной оси трещины;
3) геометрию трещины (отношение малой оси к большой для грешины эллиптической формы).
В настоящее время могут быть определены лишь значения /С,с и оо 2. входящие в уравнение (1.7). Значения остальных параметров С} и о применительно к щтамповому инструменту неизвестны и, следовательно, инженерный расчет долговечности материалов, используемых • для штампов горячего объемного деформирования, не может быть еще осуществлен. Не случайно поэтому в технической литературе отстутствуют сведения, на основании которых можно было бы заключить, что выбор штамповых материалов осуществлен в соответствии с положениями линейной механики разрушения. Тем Не менее авторы ряда работ в своих исследованиях обращают внимание -на целесообразность определения К\с и усталостной долговечности штамповых сталей. Так, в работе [69] при определении критического коэффициента интенсивности напряжений стали Н-50 (0,34 % С, 5,24 % Сг, 1,29 % -Мо, 1>0 % V, 1,0% Б0 установлено, что образцы, вырезанные в различных направлениях относительно направления прокатки, не показали заметной разницы в значениях /С1с. Пластичность же и вязкость этих образцов в значительной степени зависят от направления волокна (на продольных образцах эти значения в 1,5—2,0 раза выше). При испытаниях стали марок 5ХНМ и 4Х5МФ1С (ГОСТ 5950—73) также было установлено меньшее изменение значений К\с в зависимости от направления вырезки образцов (вдоль, поперек) в сравнении с ударной вязкостью КСи (табл. 1.7).
На различие изменений К\с и ударной вязкости КСИ стали 1<13 в зависимости от температуры и продолжительности отпуска указывается
(табл. 1.8) и в работе [ 1 ].
Анализируя немного" ислеиные известные работы, в которых при
Таблица 1.8. Влияние температуры и продолжительности отпуска на механические свойства стали К13 (4Х5МФ1С), закаленной при температуре 1040 ° С [1]
Таблица 1.7. Механические свойства штамповых сталей марок 5ХНМ и 4Х5МФ1С (термическая обработка на твердость 39-40 НЯС9)
Марка стали Направление вырезания образцов относительно направления волокна • со С 2> о 3? О э и Примечание \ ( ?*
Вдоль Поперек 120 100 50 38 Величина /С 1с определялась при испытаниях на сосредоточенный изгиб образцов 50X50X200 мм
4Х5МФ1С Вдоль Поперек 1..... 78 75 35 28 Образцы для определения КС и изготовлялись из заготовок 50X50 мм после определения
03
'С »— V У Г*
580 6 1850 Г>1 8
610 1250 77 30
640 2 1230 91 14
11
Таблица 1.9. Механические свойства штамповых сталей, термически обработанных на твердость 40—42 гЩСэ
Марка стали Температура испытания, °С Оо 2, . МПа б, % 1>,%
5ХНМ 20 450 124 79 13,0 12,0 38 58
5Х2НМФС 20 450 124 84 13,5 10,0 38 42
4Х5МФС 20 450 115 86 14,0 11,5 39 44
ведены результаты испытаний штамповых сталей на усталость, также можно заключить, что в ряде из них [13, 54, 65] имеются данные, свидетельствующие об отсутствии прямой связи между долговечностью исследуемых материалов, с одной стороны, и пластичностью — с другой. Так, в работе [54] при исследовании усталости таких различных по легированности, а следовательно, и по пластичности сталей, как 5ХНМ, ЗХЗМФ, 4Х5М2В2ФС, 1Х12Н2М2АФ, при температурах 20 и 350 °С установлено, что ни марка стали, ни ее твердость, ни направление вырезания образцов не влияют на долговечность (испытания осуществляли при заданном уровне напряжений). Аналогичный вывод можно сделать на основании результатов испытаний на усталость [65] при температурах от 20 до 500 °С и задаваемом напряжении а = 0,8а'пц сталей марок 4Х5МФС и 5ХЗВЗМФС (ДИ-23); количество циклов до появления трещины (именно эта стадия повреждаемости оценивалась экспериментально) у обеих сталей практически одинаково и незначительно изменяется с повышением температуры испытания.
Результаты испытаний на малоцикловую усталость сталей марок 5ХНМ, 5Х2НМФС и 4Х5МФС приведены и в работе [13]; испытания осуществляли при температурах 20 и 450 °С на плоских образцах с размерами рабочей части 5ХЮХ50 мм при чистом изгибе и симметричном цикле в условиях: 1) постоянной задаваемой деформации; 2) постоянного уровня напряжений. Нагрев образцов осуществляли прямым пропусканием тока; за критерий долговечности принимали количество циклов до появления трещины длиной 0,8—1,0 мм. Технология изготовления образцов обеспечивала независимо от их состава одинаковые механические свойства (табл. 1.9).