Лабораторная работа № 4 "Дрессировка холоднокатаного проката из малоуглеродистой стали"

Цель работы:

Экспериментальное определение влияния прокатки с малыми обжатиями на механические свойства холоднокатаной стали.

Приборы и оборудование:

Разрывная машина Р-5, штангенциркуль, микрометр.

Общие положения:

Дрессировка - это холодная прокатка с малыми обжатиями (=0,5-5,0 %). Дрессировка является завершающей отделочной операцией технологического процесса производства холоднокатаной и горячекатаной листовой стали, влияющей на формирование микрогеометрии поверхности и планшетность листа, механические свойства и штампуемость.

Холодная штамповка деталей из малоуглеродистой стали может сопровождаться образованием поверхностных дефектов - линий сдвига (линий Чернова-Людерса). Появление линий сдвига вызвано неравномерной деформацией отдельных участков в процессе штамповки. Практикой установлена определённая зависимость между склонностью малоуглеродистой стали к образованию этого дефекта и величиной площадки текучести: увеличение длины площадки текучести сопровождается повышением склонности металла к образованию линий сдвига. Первые линии сдвига появляются при достижении верхнего предела текучести, их образование продолжается до исчезновения площадки текучести; при увеличении нагрузки сверх напряжения, соответствующего пределу текучести, линии сдвига полностью устраняются.

Существуют различные теории, объясняющие физическую природу образования площадки текучести и линий сдвига. Наиболее распространённой является дислокационная теория. Находящиеся в кристаллической решётке -железа атомы азота и углерода перемещаются в наиболее искажённые участки решётки и располагаются преимущественно вблизи дислокаций (это соответствует минимуму свободной энергии и снимает напряжения вокруг дислокаций). Таким образом, по дислокационной теории атомы углерода и азота образуют вокруг дислокаций скопления, которые препятствуют перемещению дислокаций в решётке и процессу пластической деформации. Для отрыва дислокаций от скоплений атомов углерода и азота и создания условий для их перемещения необходимо приложить большее усилие, чем это нужно для перемещения свободных дислокаций. Этим объясняется наличие верхнего предела (зуба) текучести на кривой растяжения.

Прокатка с малыми обжатиями способствует отрыву дислокаций от скоплений атомов азота и углерода. В результате железо теряет чувствительность к концентраторам напряжения и площадка текучести не образуется. Кроме того, в дрессированной полосе остаточные напряжения распределяются неравномерно и при приложении внешней нагрузки, например штамповке, предел текучести будет достигнут в области, прилегающей к внешним слоям; на этом участке должны образоваться линии скольжения. Однако, скольжение кристаллов поверхности не может мгновенно распространиться вглубь полосы, так как по мере углубления от поверхности к середине остаточные напряжения снижаются и переходят в напряжения сжатия. Алгебраическая сумма остаточных напряжений и напряжений от внешнего усилия по мере удаления от поверхности уменьшается, всё более отличаясь от предела текучести. Эффективность процесса дрессировки зависит от множества факторов - степени деформации, диаметра валков, состояния поверхности полосы и валков, переднего и заднего натяжений, температуры, условий смазки и др.

Для малоуглеродистой раскисленной алюминием стали оптимальный диапазон степени деформации выбирается в зависимости от толщины обрабатываемых полос, так, чтобы устранялась площадка текучести. Однако, значительное увеличение степени обжатия приводит к нежелательному увеличению предела текучести, что накладывает ограничение на максимальное значение степени деформации.

Степень дрессировки стали 08Ю, 08пс для различных толщин составляет:

Толщина, мм Степень обжатия, %

0,4 - 0,6 0,8 - 1,0

0,7 – 0,9 1,0 – 1,2

1,0 – 1,2 1,2 – 1,3

1,3 – 1,6 1,3 – 1,5

1,7 – 2,5 1,5 – 1,6

2,6 – 3,5 1,7 – 2,0

Для получения требуемого качества отделки поверхности полос (глянцевой, матовой и шероховатой) применяют соответственно шлифованные или насечённые (шероховатые) рабочие валки. Шлифованные рабочие валки изготавливают по 10-11 классу чистоты. Насечённые валки получают различными способами обработки (лазерной, дробеструйной, электроискровой и др.) после шлифовки. Придание шероховатости (Ra0,6 мкм) полосе предназначено для лучшего схватывания при последующем нанесении покрытия. Микрорельеф полосы после дрессировки определяется состоянием исходных поверхностей, условиями смазки и максимальным значением усилия прокатки.

Создание шероховатой поверхности при дрессировке также благоприятно сказывается на последующей штамповке. Это связано с тем, что увеличение величины и числа пиков способствует улучшению условий смазки, снижению усилий при деформации. Кроме того, установлено, что с увеличением шероховатости дрессированной полосы анизотропия механических свойств уменьшается.

Содержание и методика выполнения работы:

Образцы, используемые для проведения лабораторной работы - плоские, пропорциональные без головок из холоднокатаной тонколистовой углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Размеры образцов - толщина h₀=0,7-3 мм, ширина b₀=20 мм, длина L=210 мм. Величина начальной расчётной длины l₀=4 b₀ . Для проведения данной работы необходимо 7 образцов. Первый не подвергают холодной прокатке, остальные деформируют с обжатием 0,3 - 4,0 %. После этого их испытывают на растяжение согласно ГОСТ 11701 и по диаграмме растяжения определяют наличие и размер площадки текучести, предел текучести исходный _тисх и условный предел текучести ₀₂, временное сопротивление разрыву _в, относительное удлинение образца после разрыва ₄, %. Результаты испытаний заносят в таблицу и делают вывод о влиянии дрессировки на механические свойства холоднокатаного отожжённого проката.

Таблица

№ п.п.	Степень деформа-ции, , %	Предел текучести, т, Н/мм^2	Временное сопротивление разрыву, в, Н/мм^2	Относи-тельное удлинение, 4, %	Размер площад-ки текучести, мм	Наличие зуба текучести, да или нет
1
2
3
4
5
6
7

Контрольные вопросы.

1. Каково назначение дрессировки?

2. Чем ограничена максимальная величина деформации при дрессировке?

3. Как дрессировка влияет на микрорельеф поверхности полосы?

4. Почему образуется зуб и площадка текучести?