Niejednorodno własnoci mechanicznych cignionych rur trójgarbnych

Transkrypt

1 AMME th Niejednorodno własnoci mechanicznych cignionych rur trójgarbnych T. Oczkowicz Zakład Przeróbki Plastycznej Metali, Katedra Przetwórstwa Materiałów Metalowych i Polimerowych, Politechnika lska ul. Konarskiego 18a, Gliwice W pracy przedstawiono wyniki bada własnoci mechanicznych (HV5; R 0,05 ; R 0,2 ; R m ; R u ; A 10 ; Z; R 0,2 /R m ) w charakterystycznych miejscach przekroju poprzecznego stalowych rur trójgarbnych otrzymywanych z okrgłych rur wsadowych w procesie cignienia. Stwierdzono znaczn niejednorodno badanych własnoci w charakterystycznych miejscach przekroju rur oraz w badanych warstwach: przyzwntrznej, rodkowej oraz przywewntrznej. 1. WPROWADZENIE W ostatnich latach w wielu dziedzinach techniki obserwuje si wzrost zapotrzebowania na rury profilowe, tj. o przekroju rónym od kołowego. Wynika to z licznych zalet tych rur w stosunku do wyrobów o przekroju kołowym. Zalety i zastosowanie oraz sposoby kształtowania plastycznego niektórych rur profilowych przedstawiono m.in. w pracach [1 6]. Coraz wiksze zastosowanie znajduj zwłaszcza rury kwadratowe, prostoktne i wielogarbne. Rury wielogarbne, w tym trójgarbne stosuje si m.in. na wały przegubowo teleskopowe do napdu maszyn, np. rolniczych. Wały te stosowane s do przenoszenia napdu wału odbioru mocy, np. cignika na wał przyjcia mocy maszyny, np. rolniczej. Rury te nale do głównych elementów wałów, stanowi bowiem cz teleskopu łczcego ze sob dwa przeguby krzyakowe. Z uwagi na spełnian funkcj oraz trudne warunki pracy wałów, rurom tym stawiane s szczególnie wysokie wymagania. Musz one m.in. przenosi okrelony moment obrotowy oraz moment gncy i jednoczenie gwarantowa w trakcie przenoszenia tych momentów nieprzekraczanie okrelonej wartoci sił wzdłunych teleskopowania. Musz one ponadto posiada wysok dokładno kształtu i wymiarów oraz jako powierzchni, a take odpowiedni trwało. Zatem oprócz zapewnienia tym wyrobom odpowiednich cech geometrycznych oraz cech materiałowych w zakresie rodzaju materiału i jego własnoci mechanicznych okrelonych jako wartoci rednie dla podwyszenia jakoci wyrobów i lepszego dostosowania tych wyrobów do warunków ich pracy (np. tarcia współpracujcych powierzchni), czyli polepszenia własnoci uytkowych wyrobów, naley ponadto uwzgldni rozkład własnoci mechanicznych (np. twardoci) na przekroju poprzecznym wyrobów. Np. podane by było, aby w rurze zewntrznej teleskopu wału, z uwagi na miejsca powierzchni trcych, najwysze twardoci wystpiły w wierzchołkach garbu, a zwłaszcza w ich warstwach przywewntrznych.

2 382 T. Oczkowicz Przeto dobrano taki proces wytwarzania i jego warunki realizacji, aby uzyska powyszy rozkład twardoci na przekroju poprzecznym rury. Rur t uzyskano poprzez cignienie na trójgarbnym trzpieniu stałym na cigarce ławowej. Wsadem była rura okrgła. Technologi cignienia rury przedstawiono w pracy [2 i 4]. W procesie cignienia, nawet pełnych wyrobów cylindrycznych, mimo osiowej symetrii napre, zawsze wystpuje nierównomierno odkształcenia, spowodowana czynnikiem geometrycznym (kształt narzdzi) oraz tarciem pomidzy narzdziami a cignionym materiałem. Wystpujca tu nierównomierno odkształcenia pociga za sob wystpowanie niejednorodnoci umocnienia, co przejawia si w zmianach własnoci mechanicznych materiału na przekroju poprzecznym wyrobu. Wobec powyszego tym bardziej wic mona oczekiwa znacznej niejednorodnoci umocnienia na przekroju poprzecznym cignionej rury trójgarbnej. 2. PZEEBIEG I WYNIKI BADA Badania umocnienia materiału rury przeprowadzono na cignionych rurach trójgarbnych o rednicy czci cylindrycznej d c = 42 mm, ze stali 16M o składzie chemicznym: C = 0,20%; Si = 0,27%; Mn = 0,62%; P = 0,22%; S = 0,017%; Cu = 0,15%; Cr = 0,08%; Ni = 0,06%; Mo = 0,35%; Al. = 0,014%. Wycinki piercieni okrgłej rury wsadowej i otrzymanej rury trójgarbnej przedstawiono na rys. 1. Rys. 1. Wycinki piercieni okrgłej rury wsadowej i otrzymanej rury trójgarbnej W pracy przedstawiono wyniki bada rozkładu własnoci mechanicznych na przekrojach poprzecznych wyej wymienionych rur trójgarbnych. W szczególnoci badano nastpujce własnoci mechaniczne: twardo (HV5), umowna granica sprystoci (R 0,05 ), umowna granica plastycznoci (R 0,2 ), wytrzymało na rozciganie (R m ), naprenie zrywajce (R u ), wydłuenie wzgldne (A 10 ) oraz przewenie wzgldne (Z), a take wskanik zapasu plastycznoci (R 0,2 / R m ). Badania te przeprowadzono na przekrojach poprzecznych rur w charakterystycznych miejscach, tj. w wierzchołkach garbów, w stopach garbów i w rodkach czci cylindrycznych, a w przypadku bada twardoci HV5 ponadto pomiary realizowano w trzech warstwach: przyzewntrznej (a), rodkowej (b), przywewntrznej (c). Miejsca pomiarów twardoci przedstawiono na rys. 2. Próbki (w formie piercieni wycitych z rur) do bada twardoci zainkludowano oraz szlifowano i polerowano zgodnie z ogólnie przyjtymi procedurami.

3 Niejednorodno własnoci mechanicznych cignionych rur trójgarbnych 383 HV5 w warstwie przyzewntrznej (a) HV5 w warstwie rodkowej (b) HV5 w warstwie przywewntrznej (c) Rys. 2. Miejsca pomiaru twardoci HV5 na przekrojach poprzecznych rur trójgarbnych Badania twardoci przeprowadzono metod Vickersa za pomoc twardociomierza Zwick 3212, stosujc obcienie wgłbnika twardociomierza równe 49 N (ok. 5 kg) i czas działania obcienia 15 s. Badania pozostałych własnoci mechanicznych przeprowadzono w oparciu o statyczn prób rozcigania przy uyciu maszyny wytrzymałociowej Zwick. Do bada stosowano specjalnie wykonane minipróbki wycite z uprzednio wspomnianych miejsc charakterystycznych przekroju rur trójgarbnych. Miejsca pobrania tych próbek przedstawiono na rys. 3., a kształt i wymiary próbek na rys. 4. Wyniki pomiaru twardoci na przekrojach rur przedstawiono na rys. 5. i 6. Rys. 3. Miejsca pobrania próbek z rury trójgarbnej Rys. 4. Kształt i wymiary próbek do bada własnoci mechanicznych okrelonych w oparciu o statyczn prób rozcigania

4 384 T. Oczkowicz Stopa garbu Wierzchołek garbu rodek czci cylindrycznej warstwa przyzewntrzna (a) warstwa rodkowa (b) warstwa przywewntrzna (c) Rys. 5. Wartoci rednie twardoci HV5 w charakterystycznych miejscach przekroju poprzecznego rury trójgarbnej Przekrój I Przekrój II Rys. 6. Rozkład twardoci HV5 na przekrojach poprzecznych rury trójgarbnej Analizujc rozkłady twardoci HV5 na przekrojach poprzecznych rur trójgarbnych (rys. 5 i 6) mona stwierdzi, co nastpuje. W wierzchołkach garbów wartoci twardoci s najwysze, zwłaszcza w warstwach b i c i rosn kolejno od warstwy a do warstwy c. Kierunek wzrostu twardoci w poszczególnych warstwach wierzchołka garbu jest odwrotny ni kierunek w stopie garbu. Sporód trzech miejsc charakterystycznych przekroju rury, w wierzchołku garbu wystpuje

5 Niejednorodno własnoci mechanicznych cignionych rur trójgarbnych 385 najwiksze zrónicowanie twardoci w poszczególnych warstwach. Uzyskano tu, zgodnie z zamierzeniem, najwysz twardo w wierzchołku, w warstwie przywewntrznej c, co jest bardzo korzystne w przypadku przeznaczenia tej rury na zewntrzny element teleskopu wału przegubowo teleskopowego, gdy ta cz rury w trakcie pracy wału przenosi obcienie i przesuwa si po rurze wewntrznej wału. W stopie garbu rury, wartoci twardoci HV5 s porednie w porównaniu z dwoma pozostałymi miejscami charakterystycznymi przekroju, przy czym najwysze wartoci HV5 wystpuj na przekroju w warstwie a, a najnisze w warstwie c. W rodku czci cylindrycznej rury wartoci twardoci s najnisze i praktycznie nie róni si w poszczególnych warstwach. Wyniki bada własnoci mechanicznych rur w charakterystycznych miejscach przekroju poprzecznego, okrelone w oparciu o statyczna prób rozcigania, przedstawiono na rys. 7. Najwysze wartoci własnoci wytrzymałociowych (R 0,05 ; R 0,2 ; R m ; R u ) wystpuj w wierzchołkach garbów, a najnisz w rodku czci cylindrycznej. Odpowiednio odwrotnie w poszczególnych miejscach charakterystycznych kształtuj si wartoci własnoci plastycznych (A 10 ; Z;). Rys. 7. Własnoci mechaniczne materiału w charakterystycznych miejscach przekroju poprzecznego rury trójgarbnej 3. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych bada mona sformułowa nastpujce wnioski: Na przekrojach poprzecznych stalowych rur trójgarbnych uzyskanych w procesie cignienia wystpuje znaczca niejednorodno własnoci mechanicznych (R 0,2 ; R 0,05 ; Rm; R u ; A 10 ; Z; R 0,2 / R m ) w charakterystycznych miejscach, tj. wierzchołka garbu, stopy garbu i czci cylindrycznej. Najwiksz warto własnoci mechanicznych (R 0,05 ; R 0,2 ; R m ; R u ) wystpuj w wierzchołkach garbu rury. Jednoczenie w miejscach tych wystpuj najnisze wartoci własnoci plastycznych (A 10 ; Z;).

6 386 T. Oczkowicz Najnisze wartoci ww. własnoci wytrzymałociowych wystpuj w czciach cylindrycznych rury. Jednoczenie w miejscach tych wystpuj najwysze własnoci plastyczne. Pomidzy badanymi warstwami na gruboci cianki rury, tj. przywewntrznej (a), rodkowej (b), przyzewntrznej (c) istnieje zrónicowanie wartoci twardoci HV5. Najwiksze zrónicowanie twardoci wystpuje w warstwach, w wierzchołkach garbów i wartoci te rosn w kierunku od warstwy a do warstwy c, gdzie osigaj najwysze wartoci na przekroju rury. Porednie zrónicowanie wystpuje w warstwach, w stopach garbów, a kierunek wzrostu twardoci jest odwrotny ni w wierzchołkach garbów. Natomiast najnisze zrónicowanie twardoci wystpuje w czciach cylindrycznych rury, gdzie wartoci twardoci s bardzo zblione. Uzyskanie, zgodnie z zamierzeniami, w procesie cignienia rur trójgarbnych, najwyszych wartoci własnoci wytrzymałociowych w wierzchołkach rury, a zwłaszcza maksymalnej twardoci w warstwie przywewntrznej (c), jest bardzo korzystne (ze wzgldu na warunki pracy), w przypadku przeznaczenia tej rury na element zewntrzny teleskopu wału. Znajomo rozkładu własnoci mechanicznych na przekroju poprzecznym rur trójgarbnych, oprócz aspektu poznawczego posiada równie aspekt utylitarny zwizany z projektowaniem procesów technologicznych wytwarzania rur profilowycho oczekiwanych własnociach. Liczne zalety rur profilowych i tendencje do podwyszania ich jakoci wskazuj na celowo prowadzenia dalszych, ukierunkowanych bada rozkładu własnoci mechanicznych na przekroju poprzecznym rur o innych kształtach przekroju. LITERATURA 1. Oczkowicz T.: Ustalanie zasadniczych parametrów procesu cignienia rur kwadratowych na trzpieniu swobodnym. Praca doktorska. Politechnika lska. Wydział Mechaniczny Technologiczny. Gliwice Oczkowicz T. Tyma A.: Opracowanie technologii wytwarzania i wykonanie serii informacyjnej rur profilowych na wały przegubowo teleskopowe stosowane do napdu maszyn rolniczych. Sprawozdanie z pracy naukowo badawczej nr NB 72/RMT 1/82. Instytut Budowy Maszyn Politechniki lskiej, Gliwice Zleceniodawca: Kombinat Maszyn Rolniczych AGROMET w Lublinie (nie publikowane). 3. Oczkowicz T. Tyma A.: Cignienie precyzyjne rur prostoktnych na wały przegubowo teleskopowe stosowane do napdu maszyn rolniczych. Materiały II Polsko Czechosłowackiej Konferencji Hutniczej nt. Postp w technologii wytwarzania stalowych rur precyzyjnych. Instytut Metalurgii elaza, Gliwice, Vyzkumny Ustav Hutnictwi eleza, Dobra (CSSR). Ustro Jaszowiec, , s Oczkowicz T.: Opracowanie wytycznych techniczno technologicznych dla uruchomienia produkcji rur prostoktnych na wały przegubowo teleskopowe do napdu maszyn rolniczych. Sprawozdanie z pracy naukowo badawczej nr NB 523/RMT 1/86. Instytut Budowy Maszyn Politechniki lskiej. Gliwice Zleceniodawca: Biuro Projektów Przemysłu Hutniczego BIPROHUT w Gliwicach (nie publikowane). 5. Oczkowicz T. Tyma A.: Technologia cignienia precyzyjnych rur prostoktnych. Przegld Mechaniczny 1988, nr 24, s Oczkowicz T.: Combined rolling and drawing. Steel technology International 1995/96, p