Способ определения штампуемости металла

 

Изобретение относится к механическим испытаниям листового металла, например листовой стали, и применяется для определения штампуемости металла с учетом влияния наклепа кромок, возникающего в разделительных операциях при получении заготовок. Сущность изобретения: металл подвергают испытанию на удар динамическим изгибом после предварительного охрупчивания, достигаемого за счет наклепа от растяжения, т.е. без применения термической обработки. При этом степень пластического деформирования для наклепа должна соответствовать уровню, близкому к достигаемому при растяжении до предельного равномерного удлинения. Техническим результатом данного изобретения является повышение точности определения штампуемости листового металла, наклепываемого по кромкам при получении заготовок под штамповку. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к механическим испытаниям листового металла, например листовой стали, для определения штампуемости (штамповки без разрывов) с учетом влияния наклепа кромок, возникающего в разделительных операциях при получении заготовок.

Известен способ оценки штампуемости листового металла в лабораторном испытании, позволяющий решать такую задачу (патент РФ N 2039965). Согласно данному способу испытания проводятся растяжением образцов, рабочая часть которых изготавливается с выступом на одной из продольных кромок. Перед испытанием выступ удаляется (обрубается), и таким образом, металл на кромке претерпевает наклеп, характер которого аналогичен, возникающему при вырубке реальных заготовок. Штампуемость оценивается по показателям предельной деформируемости металла, выявляемым при растяжении подготовленного таким образом образца. Недостатком данного способа является то, что наклеп, создаваемый при удалении выступа, зависит от реальной толщины и свойств испытываемого металла, а также от состояния инструмента, которым осуществляется удаление выступа (твердость, затупленность, зазор между режущими элементами и т.д.). Поскольку совокупность всех этих факторов практически не подается учету в каждом конкретном случае удаления выступа, то фактически не поддается учету и степень наклепа, от которой в большой степени зависят результаты испытаний. Это затрудняет возможность стандартизации испытания, что сужает область его применения, ограничивая их сравнительными оценками и исключая применение в практике аттестации качества проката.

Известен метод испытания стали на механическое старение по ударной вязкости (ГОСТ 7268). В данном методе образец испытываемого металла подвергается стандартному испытанию на ударную вязкость (ГОСТ 9455) после предварительного деформационного охрупчивания. Последнее достигается комплексной обработкой: механическим воздействием - пластической деформацией с помощью растяжения из расчета получения 10% остаточного удлинения, что приводит металл в наклепанное состояние, и термической обработкой наклепанного растяжением металла - нагревом на 250^oC, приводящего к дополнительному охрупчиванию металла за счет протекания в нем в той или иной степени процесса деформационного старения. Таким образом в целом имеет место определенная последовательность трех лабораторных операций: 1) растяжения; 2) термической обработки; 3) динамического изгиба.

Данное испытание предназначено для прогнозирования свойств стали после произошедшего в ней физического процесса деформационного старения. Для решения задачи по определению штампуемости термическая обработка (старение) предварительно наклепанных образцов неприемлема, так как приводит металл в состояние, не характерное для него в процессе холодной штамповки. При этом проявление эффекта старения не разделяется с эффектом наклепа, что не позволяет достичь цели испытания - в чистом виде оценивать влияние наклепа.

Характерно также, что известный метод (ГОСТ 7268) регламентирует допускаемые колебания относительных удлинений в предварительном растяжении ±0,5%. Этим самым минимизируется влияние колебаний деформаций растяжения на результаты ударных испытаний, как ошибок эксперимента, неподдающихся контролю.

Проводили 10% растяжения образцов толстолистовой стали, размеченных по всей рабочей длине поперечными измерительными рисками с интервалом 5 мм. Установлено, что фактическое относительные удлинения отдельных из размечаемых участков существенно различаются: колебания характеризуются стандартным отклонением, достигающим в разных испытаниях 1,5%, т.е. значительно превышающие регламентируемые стандартом. Из этого можно заключить, что определение ударной вязкости после предварительного 10% растяжения а priori может сопровождаться случайными ошибками, также снижающими точность испытания.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности определения штампуемости листового металла, наклепываемого по кромкам при получении заготовок под штамповку.

Указанный технический результат достигается тем, что металл подвергают испытанию на удар динамическим изгибом после предварительного охрупчиванию, достигаемого исключительно за счет наклепа от растяжения, т.е. без применения термической обработки. При этом степень пластического деформирования для наклепа должна соответствовать уровню, близкому к достигаемому при растяжении до предельного равномерного удлинения. Необходимость таких деформаций вытекает из следующего.

Как следует из анализа, проведенного для ряда сталей, после растяжения на 15% и более, ударная вязкость практически не снижается - фиг. 1.

(На представленном графике используется "истинное" (логарифмическое) удлинение, как характеристика пластической деформации, применяется в экспериментальных исследованиях. В интервале значений 0,10-0,15 логарифмические удлинения идентичны относительным удлинениям в 10-15%).

Для листовой низкоуглеродистой холодноштампуемой стали остаточные удлинения, превышающие 15%, приближаются к численным значениям "предельно равномерных" относительных удлинений, определяемых в испытаниях на растяжение, проводимых по ГОСТ 1497. Следовательно, если вместо растяжения со сравнительно умеренным удлинением (для холодноштампуемых низкоуглеродистых сталей - это удлинение 10%), для достижения наклепанного состояния металла использовать существенно большее растяжение, с удлинением, приближающимся к предельно равномерному для данного металла, то неконтролируемые колебания степени предварительного наклепа фактически не повлияют на результаты ударных испытаний.

Использование предлагаемого способа иллюстрируется предлагаемой методикой, разработанной для аттестационных испытаний проката, и следующим примером.

Одной из проблем холодной штамповки детали автомобиля "кожух картера", изготавливаемой холодной штамповкой из горячекатаного стального листа марки 12ГС, является возникновение на отдельных партиях металла разрывов металла (фиг. 2), берущих начало от кромки, образующейся при вырубке.

Разрывы металла происходят от возникающих в операции "гибка" деформаций, растягивающих металл на поверхности кромок. (При этом по условиям раскроя заготовок и штамповки растяжение направлено перпендикулярно прокатному волокну металла).

С целью выявления испытания для наиболее достоверного прогнозирования склонности к проявлению данных дефектов, проводились сравнительные испытания металла по предлагаемому способу.

Для исследований использовали стали марки 12ГС от двух промышленных партий, близкие по химическому составу, микроструктуре и толщине (6,5 мм). При этом металл от партии условный N 1 штамповался без замечаний, металл от партии условный N 2 штамповался с разрывами.

Испытаниями на ударный изгиб подвергали "поперечные" образцы от проб шириной 11-12 мм, прошедших в заготовках деформацию растяжением с остаточным удлинением 20%. (Уровень относительных равномерных удлинений для данных сталей). Испытания на удар выполняли в соответствии с ГОСТ 9454, с нанесением на образцы стандартных концентраторов напряжений в виде сверлений диаметром 2 мм.

Результаты ударных испытаний представлены в таблице представлены в таблице вместе с результатами стандартных испытаний металла данных партий, предусматривающих растяжение пробных образцов.

Приводимые данные свидетельствуют о существенном различии по отношению к проявлению наклепа, которым сопровождается пластическая деформация металла, относящегося к двум сравниваемым партиям: ударная вязкость образцов металла второй партии значительно ниже, чем первой партии.

Проведенное исследование приводит к следующим выводам.

1. Отмеченное различие в поведении металла разных партий при пластическом деформации отражается на склонности к разрывам в штамповке, которые инициируются наклепом металла на кромках, образующихся при вырубке. (Характерно, что вязкость металла обеих партий в состоянии поставки практически одинакова).

2. Для штамповки данных деталей без разрывов в производстве должна использоваться сталь марки 12ГС, с ударной вязкостью, определяемой после предварительного растяжение, не ниже 6 кгс•м/см².

Формула изобретения

Способ определения штампуемости металла, предусматривающий испытания на удар динамическим изгибом образцов, предварительно прошедших деформационное охрупчивание, отличающийся тем, что динамический изгиб выполняют непосредственно после растяжения, производимого до предельно равномерного для данного металла удлинения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3