раздел 2
Аналитическое исследование параметров пластического течения слоев
биметаллического композита
2.1. Основная идея критерия пропорционального течения компонентов при
гидропрессовании биметаллических составных заготовок
Как показано в разделе 1, для гидропрессования биметаллической прутковой
заготовки (рис. 2.1) чрезвычайно важной характеристикой является прочность
соединения компонентов, поскольку прочное соединение способствует
пропорциональному течению и задерживает разрушение. Пропорциональное течение
является единственно возможным при установившемся бездефектном истечении
биметаллического прутка в процессе гидропрессования (это подробно будет
проанализировано в разделе 2.3).
Рис. 2.1. Схема очага деформации при гидропрессовании биметаллической прутковой
заготовки.
В биметаллических составных заготовках нет прочного предварительного соединения
составляющих между собой, поэтому его необходимо создать в ходе процесса
гидропрессования. Указанная прочность соединения должна обеспечить отсутствие
проскальзывания оболочки относительно сердечника при пластическом течении. Так
как в контейнере и в матрице биметаллическая заготовка находится под действием
большого (более предела текучести оболочки) радиального давления, физической
основой такого соединения может стать зацепление между шероховатостями
составляющих – сила трения. Кроме того, так как в матрице происходит совместная
деформация оболочки и сердечника, между ними может возникнуть адгезионное
соединение с металлической связью (схватывание).
Таким образом, задача обеспечения пропорционального истечения компонентов при
гидропрессовании биметаллических составных заготовок разделяется на две:
во-первых, необходимо получить соотношение для прочности соединения
компонентов, формирующейся при гидропрессовании биметаллической составной
прутковой заготовки (tф) в зависимости от управляющих параметров процесса
(механических свойств составляющих, шероховатости их поверхности, коэффициента
вытяжки, угла матрицы и т.д.);
во-вторых, нужно получить соотношение для прочности соединения, необходимой для
пропорционального течения компонентов при гидропрессовании биметаллической
составной прутковой заготовки (tн); последняя также должна зависеть от
управляющих параметров процесса.
Критерий пропорционального гидропрессования биметаллических составных заготовок
в этом случае должен иметь вид:
. (2.1)
Этот критерий определяет области в пространстве управляющих параметров (sc, ss,
m, a…), где обеспечивается стабильный ход процесса гидропрессования.
Ниже указанные задачи решены в первом приближении.
2.2. Прочность соединения компонентов, формирующаяся при гидропрессовании
биметаллической составной прутковой заготовки
Имеется несколько характеристик прочности соединения компонентов биметалла: на
отрыв, сдвиг, кручение, изгиб и др. Для прутковых биметаллических материалов
наиболее важной характеристикой является прочность соединения на сдвиг, которую
в общем случае можно определить как
, (2.2)
где ml – коэффициент прочности соединения на сдвиг слоев биметалла;
ts – предел текучести на сдвиг более мягкой компоненты биметалла.
В данной зависимости параметр ml может принимать значения от нуля до единицы
(0 ml 1): ml = 0, когда связь между оболочкой и сердечником отсутствует
вообще, ml = 1, когда эта связь идеальна; все промежуточные значения этого
параметра характеризуют некую связь между составляющими композита. Проведение
количественной оценки параметра ml возможно только на основе знаний о
физической природе и механизме образования соединения металлов в твердой фазе в
процессе совместной пластической деформации.
В [169, 170] нами предложен подход к расчету прочности соединения на сдвиг
компонентов биметаллического прутка при гидропрессовании. При этом было принято
условие, что поверхности контакта металлов гладкие. На практике такая ситуация,
в принципе, возможна, когда контактные поверхности или тщательно отполированы,
или покрыты достаточно толстыми оксидными пленками микронных размеров,
сглаживающих собой существующие микронеровности (рис. 2.2 а). Однако, в
основном, все же возникает ситуация, показанная на рис. 2.2 б, когда имеются
шероховатые поверхности, покрытые тонкими оксидными пленками нанометрических
размеров.
Рис. 2.2. Различные состояния контактных поверхностей:
а – поверхности, покрытые толстыми оксидными пленками;
б – поверхности, покрытые тонкими оксидными пленками.
В этом случае при расчете прочности соединения на сдвиг необходимо учитывать
механическое зацепление микронеровностей. Поэтому здесь мы развиваем модель,
позволяющую описать процесс формирования соединения в указанных условиях (см.
также [171, 172]).
В работах [109-111, 173-174] показано, что способность материалов к схватыванию
определяется в основном их пластичностью, то есть способностью образовывать
площадь фактического контакта [175-176]. Таким образом, задача, прежде всего,
сводится к определению зависимости площади фактического контакта шероховатых
поверхностей от определяющих ее факторов (контактного давления, деформации
контактирующих металлов, величины их проскальзывания и т.д.).
В известных работах при определении относительной площади фактического контакта
обычно исследуется лишь затекание поверхностного слоя мягкой составляющей в
микровпадины поверхностного слоя твердой составляющей. Однако этот процесс
является определяющим лишь тогда, когда контактирующие металлы не
деформируются. В противном случае существенную роль в формировании фактического
контакта играют факторы, непосредственно связанные с деформацией: увеличение
н
- Київ+380960830922