Распределение напряжений по высоте очага деформации

Рассмотрим силовую картину деформации на высоких очагах (l/h <1). Выделим элементарный объем в активной зоне 1 (рис.55, рис. 59а). В направлении обжатия действует сжимающее главное напряжение s₃, по длине проката - растягивающее напряжение s₁, в поперечном направлении – растягивающее s₂ .

Рис. 59. Схема основных и дополнительных напряжений в активной (а) и пассивной (б) зонах.

Наибольшее из них s_1, наименьшее - s₃ (с учетом знака), и напряжение s₂ имеет промежуточное значение, поэтому условие пластической деформации выделенного объема запишется в виде:

s₁ - s₃ = nК,

где К – предел текучести металла при прокатке, n - коэффициент Лоде. Положим n = 1 и запишем условие пластичности следующим образом:

.

Напряжение s₃ определяет среднее давление металла на валки р_ср и в некотором приближении может быть ему приравнено. Если бы не было пассивных зон, металл выделенного объема испытывал бы практически слабое сопротивление течению в направлении длины, трение на контакте слабо влияет на характер деформации выделенного объема, поэтому s₁ близко к 0, а отношение близко к 1. Значение его называют базисным или базовым и обозначают

.

Но пассивные зоны создают дополнительный подпор течению металла в активной зоне, препятствуя удлиннению. Дополнительное сжимающее напряжение s₃^’ суммируется с основным напряжением s_{3 .} Чтобы металл деформировался пластически, то есть выполнялось условие Треска, необходимо увеличивать напряжение s_{3 ,} определяющее давление металла на валки р_ср. Чем выше очаг деформации, тем выше суммарное s₁ и выше s₃ и давление металла на валки р_ср. Отношение

характеризует влияние дополнительного подпора активных зон на увеличение давления металла на валки (как следствия неравномерности деформации). Оно называется коэффициентом подпора. На рис. 60 (левая ветвь, l/h<1) показано изменение n_з на высоких очагах деформации.

На средних очагах (l/h>1) деформации при снижении высоты очага деформации давление металла на валки также увеличивается, но причиной тому являются уже силы трения на контактных повехностях.

Рис 60. Изменение коэффициентов влияния внешних зон n_з и коэффициента подпора (влияние трения) n_s на высоких и средних очагах деформации.

На средних очагах отношение

характеризует влияние сил трения на давление металла на валки. На рис 60 правая ветвь кривой демонстрирует зависимость коэффициента n_s от высоты среднего очага деформации.

И поскольку оба коэффициента n_s и n _з зависят только от отношения , то можно рассматривать их произведение (n_s ^. n _з) совместно, причем на высоких очагах

n_s =1 и n _з > 1,

на средних, наоборот,

n_s > 1 и n _з = 1.

Коэффициент n _з можно вычислять по формуле В.С. Смирнова:

n _з =

Формулы для вычисления n_s на средних очагах могут быть следующими (формулы М.Я.Бровмана):

, если 4 ³> 2,

, если 1 £ £ 2.

На низких очагах деформации, характерных для листовых станов, давление на валки лучше считать по методике А.И. Целикова [1].Главным параметром здесь является критерий

= m,

отражающий соотношение коэффициента трения m и половины угла захвата a, что легко трансформировать в соотношение силы трения Т и нормального усилия Р при установивщейся прокатке. Коэффициент n_s определяется по номограмме А.И.Целикова (рис. 64, см. ниже).

При низких очагах (> 4) для горячей прокатки рекомендуется формула

,

а для холодной прокатки при > 6 ¸ 8 применима формула, полученная для осадки:

.

Вернемся к рис. 59, из которого следует, что активные зоны металла, благодаря дополнительному подпору, находятся в состоянии трехстороннего сжатия, что благоприятно сказывается на пластичности металла (способности деформироваться без разрушения). Наоборот, дополнительные напряжения в пассивных зонах являются растягивающими как в продольном, так и поперечном направлениях. Это снижает пластичность металла, поэтому в центральных по высоте слоях возможны трещины, коварные тем, что они скрыты внутри. На рис 61 приведен характер расположения таких трещин.

Рис. 61. Характер трещинообразования при прокатке на блюминге

Таким образом, при прокатке на блюминге и слябинге, когда реализуются высокие очаги деформации, со всех позиций вредны малые обжатия, обеспечивающие высокие очаги

деформации. Во-первых, образуется лишнее течение металла в ширину в приконтактных

зонах, следовательно, меньше вытяжка, и для получения конечного профиля (блюма или сляба) требуется дополнительная энергия и время. Во-вторых, образуются наплывы, искажающие форму поперечного сечения раската. В-третьих, давление металла на валки повышается. И, наконец, пластичность центральных слоев слитка понижается. На блюмингах и слябингах при деформации крупных слитков, особенно в первых пропусках, когда высота проката еще велика, необходимо деформировать металл с максимально возможными обжатиями, увеличивая значения фактора . Для этого также полезно увеличивать диаметр валков стана.

Дата добавления: 2014-01-07