MOŽNOSTI HODNOTENIA TVÁRNITELNOSTI DRÔTOV ON EVOLUATION OF WIRE FORMABILITY. Viktor Tittel

Transcription

1 OŽNOSI HODNOENIA VÁRNIELNOSI DRÔOV ON EVOLUAION OF WIRE FORABILIY Viktor ittel ateriálovotechnologická fakulta SU v rnave, J. Bottu 4, 97 4 rnava. SR, viktor.tittel@stuba.sk Abstrakt V príspevku sú prezentované možnosti posudzovania tvárnitelnosti drôtov pomocou viacerých kritérií. Boli posudzované viaceré kritéria (R m - medza pevnosti v tahu, R k medza klzu, k max - skutocné napätie pri roztrhnutí vzorky, A - tažno st, Z - kontrakcia, n exponent spevnenia, D sm medzná deformacná schopnost). Dalšou možnostou bola využitie pretvárnej práce na posudzovanie tvárnitelnosti drôtov. Ako experimentálne materiály boli použité valcované drôty s ocelí o obsahu uhlíka 0,04 a 0,7 % C. ateriály boli podrobené pretvoreniu až do vycerpania plasticity, pricom bola sledovaná zmena ich hodnôt v závislosti na celkovom pretvorení. Na základe priebehu grafov a indexoch korelácie boli posúdené jednotlivé kritéria. Ako najvhodnejšie sa preukázali kritéria R m - medza pevnosti a n exponent spevnenia. V snahe nájst kritérium, ktoré by zahrnalo pevnostné i plastické vlastnosti sme overili pomer pomerné trvalé pretvorenie ku mernej pretvárnej práci Ag mm. J. Fyzikálny význam vyjadruje objem kovu, ktorý je možné pretvorit až do maximálneho napätia prácou jedného Joule. Bol stanovený postup na jeho urcenie a spôsob používania. Abstract he paper deals ith some aspects of evaluation of the ire formability using different criteria, hich are as follos: tensile strength (S u ), loer yield point (S y ), actual stress at specimen fracture, elongation, reduction, degree of strengthening, limiting ductility. Work of deformation as also used for evaluation of the ire formability. Wire rods from steels ith carbon contents of 0,04 and 0,7 % C ere used as experimental materials. aterials ere plastically deformed until they had lost their plasticity, hile the materials properties changes in dependence on the total strain degree ere studied. aking into account the both graph data and correlation indexes the criteria ere evaluated. Such criteria as tensile strength (S u ) and degree of strengthening appear to be most useful. In order to have criterion containing both the strength and ductile properties e used the relationship beteen proportional plastic Ag deformation and specific ork of deformation mm. J. he physical sense of this relationship expresses the volume of metal, hich can be deformed to the maximal stress according to the metal stress-strain diagram by ork of Joule. Procedures on the determination of this criterion ere described as ell as the methods of its application.

2 . ÚVOD Hodnota tvárnitelnosti je velmi dôležitý faktor, od ktorého závisí možnost výroby drôtu tahaním, technologický postup a ekonomika výroby. Z toho vyplýva nutnost skúmania tvárnitelnosti, jej zvyšovania a využívania v drôtovnach. Hodnotenie tvárnitelnosti je v praxi velmi zložité a to z dôvodu množstva faktorov, ktoré na nu vplývajú. Na jej hodnotenie sa využívajú hlavne nepriame metódy. Skúmali sme preto v Drôtovni Hlohovec vhodnost niektorých známych kritérií a pokúsili sme sa odvodit vhodnejšie kritérium a metódu, ktoré by reálnejšie vyjadrovalo tvárnitelnost drôtu a jej vycerpanie.. SKÚŠOBNÉ AERIÁLY Experimenty boli vykonané s dvoma ocelami, ktoré boli vo forme valcovaného drôtu o priemere 5,5 mm. Chemické zloženie je v tabulke, mechanické vlastnosti v tabulke. abulka. Chemické zloženie ocelí Oznacenie Chemické zloženie (%) materiálu C n Si P S Ø 5,5 00 0,04 0,7 0,04 0,0 0,06 Ø 5,5 C7K 0,70 0,5 0,0 0,08 0,0 able. Chemical composition of steels. EODIKA SKÚŠOK Oba materiály ( valcované drôty ) boli bežným spôsobom ( morenie + fosfátovanie ) pripravené k tahaniu. Potom boli tahaná cca percentnými úbermi až na najmenší možný priemer. Ocel 00 bola tahaná tahmi na 0,48 mm. Ocel C7K bola tahaná 4 tahmi na 0,98mm. Následne boli vykonané tahové skúšky na všetkých vzorkách odobratých po každom tahu, pricom boli všetky potrebné hodnoty snímané. Ztýchto hodnôt boli získané kritéria a zistená zmena ich závislosti na celkovom pretvorení. Na základe priebehov grafov a indexov korelácie boli posúdené jednotlivé kritéria a urobené závery o vhodnosti ich použitia v drôtarenstve. 4. KRIÉRIA HODNOENIA Na základe literárnych údajov [] bolo zistených celkové kritérií, ktorými sa dá nepriamo hodnotit tvárnitelnost drôtov. Z nich boli na základe literárnych údajov a po posúdení vhodnosti a možnosti z realizovania skúšok vytypované tieto kritéria: A silové: R m medza pevnosti R p0, medza klzu R k dohovorené napätie pri roztrhnutí k max - skutocné napätie pri roztrhnutí B geometrické A tažnost Z kontrakcia n exponent spevnenia D sm medzná deformacná schopnost C kritérium odvodené z pretvárnej práce

3 5. ZHODNOENIE KRIÉRIÍ A ODVODENIE KRIÉRIA Silové kritéria najpoužívanejšie je R m,, ktoré nie je ovplyvnené tvorbou krcku a má spojitý jednoznacný priebeh v závislosti na pretvorení. Geometrické kritéria možno doporucit jediné exponent spevnenia n = f krc. Kritéria Z a D sm mali velký rozptyl hodnôt a nejednoznacný priebeh. ažnost nie je vhodná pre velké rozdiely medzi tvárneným a netvárneným ( valcovaným) drôtom. Bližšie sú tieto výsledky v literatúre. Kritérium odvodené z pretvárnej práce. Použitie pretvárnej práce ako kritéria tvárnitelnosti nie je celkom vhodne pre možnost rovnakej hodnoty pre rôzne velkosti limitných pretvorení, ako to ukazuje obr..[, 4]. Napätie s (N.mm - ) = Kde: - pomerná pretvárna práca, - materiál a Pomerné pretvorenie e (%) Obr.. Pomerná pretvárna práca dvoch materiálov s rozdielnou tvárnitelnostou Fig.. Proportional ork of deformation for to materials ith different formability Vychádzali sme z pretvárnej práce spotrebovanej po medzu pevnosti R m pri tahovej skúške. Po transformácií diagramu F L na diagram vyšrafovaná plocha obr.c..predstavuje túto prácu. s kmax ' K'. () Napätie s (N.mm - ) R m s = W V K. p. d () A 0 g Po úprave dostaneme: A g () t A A t Pomerné pretvorenie e (%) Ag J mm. (4) Obr.. erná prevárna práca pri tahovej skúške Fig.. Specific ork of deformation upon tensile test

4 Ak oznacíme obe strany : mm. N resp. 000 mm. J (5,6) Kde: V objem vzorky W pretvárna práca po bod merná pretvárná práca s p pretvárný odpor s p stredný pretvárný odpor Odvodený pomer (4) je možné považovat za kritérium mieru tvárnitelnosti, co vyjadruje konkrétny objem, ktorý môžeme Joulom rovnomerne trvalé pretvorit až po medzu pevnosti materiálu. várnitelnost je zároven reciprocnou hodnotou stredného pretvárného odporu (5,6). oto navrhnuté kritérium bolo overené na dvoch skúšobných materiáloch. Namerané a vypocítané hodnoty sú uvedené v tabulkách.a. abulka. Hodnoty získané z tahovej skúšky- ocel 00 Por. císlo vzorky Priemer drôtu d (mm) Pomerné pretvorenie celkové e c ( % ) edza pevnosti R m (N.mm - ) Stredný pretvárny odpor s (N.mm - ) Rovnomerné predlženie po bod (%) erná pretvárna práca po bod W V (J.mm - ) iera tvárnitelnosti (mm.j - ) 5,50 0, ,9 0,06945,04 4,86, ,89 0,00866,8 4,0 8, ,85 0,00866,6 4,80 5, ,79 0,00866,066 5,6 6, ,7 0,008,068 6,97 70, ,78 0,00875,0 7,6 77, 69 58,86 0,000,857 8, 8,6 7 55,79 0,00988,8 9,04 86, ,7 0,00,708 0,80 89,9 75 6,65 0,0008,67,58 9, ,5 0,00964,566,40 9, ,44 0,0000,440,4 94, ,8 0,004,60 4,0 96, ,0 0,0097,6 5 0,98 96, , 0,004,90 6 0,87 97, , 0,00984,48 7 0,77 98, ,05 0,000, ,68 98, ,85 0,0088 0, ,60 98,8 09 0,8 0,0090 0,90 0 0,5 99,07 6 0,80 0,0090 0,860 0,47 99, ,78 0,009 0,846 0,4 99, ,7 0,0090 0,809 able. he acquired values from tensile test - steel 00 4

5 abulka. Hodnoty získané z tahovej skúšky- ocel C7K Por. císlo vzorky Priemer drôtu D (mm) Pomerné pretvorenie celkové e c ( % ) edza pevnosti R m (N.mm - ) Stredný pretvárny odpor s (N.mm - ) Rovnomerné predlženie po bod (%) erná pretvárna práca po bod W V (J.mm - ) iera tvárnitelnosti (mm.j - ) 5,50 0, ,55 0,0665,40 4,86, ,06 0,0045,008 4,0 8, ,5 0,09,06 4,80 5, ,4 0,077,0 5,6 6, , 0,060 0,840 6,97 70, ,05 0,0844 0,7 7,6 77, 79 46,00 0,097 0,68 8, 8, ,85 0,0665 0,694 9,04 86,4 80 7,60 0,0754 0,58 0,80 89, ,56 0,0869 0,544,58 9, ,5 0,0895 0,55,40 9, ,6 0,084 0,479,4 94,9 5 05, 0,0547 0,475 4,0 96, ,65 0,006 0, ,98 96, ,60 0,0 0,457 able. he acquired values from tensile test - steel C7K iera tvárnitelnosti (mm.j - ),0,5,0,5,0 00 C7K 0, Celkové pomerné pretvorenie (%) Obr.. Závislost = f(e c ) Fig.. Dependence = f(e c ) 5

6 ,0 iera tvárnitelnosti (mm.j - ),5,0,5,0 00 C7K 0,5 0,0 0,5,0,5,0,5,0,5 4,0 4,5 5,0 Celkové logaritmické pretvorenie c (-) Obr. 4. Závislost = f(f c ) Fig. 4. Dependence = f(f c ) 6. POSUP PRI SANOVOVANÍ A JEHO VYUŽÍVANIE 6. Postup pri stanovovaní je nasledovný: a.) Za dopredu stanovených podmienok tahania ( v- rýchlost tahania, a- tažný uhol, druh maziva, e c - dielcí uber a pod.) tahat drôt až do najmenšieho priemeru. b.) Po každom tahu odobrat vzorky drôtu a vykonat tahové skúšky s cielom zistit W spotrebovanú prácu na trvalé pretvorenie po bod - vid. obr.. rhacka musí mat možnost vyhodnocovat spotrebovanú prácu. Každú hodnotu stanovit aritmetickým priemerom z napr. 5 vzoriek. c.) Vypocítat - mernú pretvárnu prácu ako podiel spotrebovanej práce a tvárneného objemu V. d.) Urobit grafickú závislost = f(e c ), resp.=f (f c ), kde: e c celkový úber, f c celkovvé logaritmické pretvorenie. e.) úto závislost je možné vyjadrit aj matematicky[5] napr. polynómom tretieho stupna Pre konkrétne ocele bol použitý polynóm. stupna: A, B, B, B konštanty A B * B * B * (7) Pre VD 00 5,049 0,06809* 0,005*,094*0 * (8),605 0,678* 0, 77* 0,0066* (9) 6

7 Pre C7K 5 7, 6 0,008*,56*0 * 4,59*0 * (0), 79 0,6458* 0,055* 0,06* () Rovnice 8 až platia pre skúšané ocele v skúšanom rozsahu pretvorenia. f.) Alternatívne je možne namiesto = f(e c ), resp.=f (f c ), používat 6.. Využívanie : Perspektívne po dopracovaní a dôkladnejšom dlhodobom overovaní, by toto kritérium mohlo byt súcastou napr. noriem na valcovaný, ale i tahaný drôt. Pre odberatelov by to bola urcitá záruka tvárnitelnosti drôtu. 7. ZÁVER Experimenty preukázali vhodnost tejto metóda pre dve ocele. Na skúšky boli použité trhacie stroje Instron s vyhodnocovacou a výpoctovou technikou, ktoré experimenty podstatné urýchlili a skvalitnili. Závislosti = f(e c ) boli vyjadrené nielen grafmi ale i rovnicami. Kritérium je možné po dopracovaní a dlhodobejšom štatistickom hodnotení navrhnút ako kritérium na posudzovanie tvárnitelnosti valcovaného alebo tahaného drôtu. úto metódu je možne k overeniu odporucit i v iných technológiách tvárnenia a snažit sa o jej zovšeobecnenie. LIERAÚRA [] IEL, V. VÁRNIELNOS DRÔOV Z NEKONVENCNÝCH OCELÍ. Kandidátska dizertacná práca. SU - tf rnava 99 [] ARCOL, J. ažený ocelový drát. Bohumín: ŽDB, a.s. Bohumín 996. [] VAJO, P. Príspevok ku kritériám hodnotenia tvárnitelnosti a možnosti jej maximálneho vycerpania. In Zborník z konferencie FORABILIY 994, Ostrava, s [4] HENSEL, A., EXNER, CH. Beitrag über die Einflußgrößen auf das Formänderungvermögen von Stahlen und Erfahrungen mit einer neuartingen Bestimumgsmethode. In Zborník várnitelnost ocelí za tepla.ii Ostrava 974 [5] KAPUSOVÁ,., BÍLIK, J. Využitie výpoctovej techniky v oblasti tvárnenia. In rendy technického vzdelavaní 000. Olomouc: PF UP, 000, s