Ghostscript wrapper for D:\Digitalizacja\MTS80_t18z1_4_PDF_artyku³y\mts80_t18z3.pdf M EC H AN I KA TEORETYCZNA I  STOSOWANA 3,  18  (1980) PRÓBY  STATYCZN EG O  I  D YN AM ICZN EG O  SKRĘ CAN IA  W  Z ASTOSOWAN I U   D O  OC E N Y ZD OLN OŚ CI  D O  ODKSZTAŁCEŃ   TWARDYCH   STALI MIROSŁAW  P I W E C K I  (POZNAŃ) 1.  Uwagi  wstę pne Prę dkość  odkształ cenia  jest  jednym  z  podstawowych  czynników  wpł ywają cych  n a wł asnoś ci  plastyczne  materiał ów, a  charakter  tej  zależ noś ci  ma  doniosł e  znaczenie  prak- tyczne  w  zagadnieniach  technologii  kształ towania  plastycznego  oraz  w  aspekcie  odpor- noś ci  materiał ów  na  pę kanie. Poniż ej  przytoczono  wybrane  przykł ady  badań  w  tej  dziedzinie.  W  pracy  [1] podan o zależ ność  przewę ż enia  próbki  od  prę dkoś ci  rozcią gania  w  zakresie  od  10~ 3  do  103  — s dla  trzech  gatunków  stali,  a  w  [2] —  rezultaty  podobnych  badań  dla  pię ciu  gatunków stali  o  rozmaitych  zawartoś ciach  wę gla  i  manganu. Wł asnoś ci  plastyczne  kilku  gatunków  stali  wę glowych  opisano  w  [3], przyjmują c  za miarę   plastycznoś ci  wydł uż enie  i  przewę ż enie  z  próby  rozcią gania,  którą   realizowano z  prę dkoś ciami  od  10~ 3  do  2,5 •   103—  W  [4] podano wyniki  podobnych  badań  dla  sto- s pów aluminium, a w  [5] zależ ność przewę ż enia  próbki  od prę dkoś ci  rozcią gania  w  zakresie od  10""* do 5 •   102 — dla szeregu stali  oraz stopów  aluminium i tytanu. s Podsumowują c  wnioski  podane  w  wyż ej  cytowanych  pracach  moż na  stwierdzić,  że zależ ność wł asnoś ci  plastycznych  od prę dkoś ci  odkształ cenia ma róż ny  charakter  dla  róż- nych materiał ów; wł asnoś ci plastyczne wzrastają ,  maleją   lub  też nie ulegają   zmianie w po- szczególnych  przedział ach  prę dkoś ci  odkształ cenia. Przedmiotem  niż ej  opisanych  badań  był y  stale  narzę dziowe  szybkotną ce  gatunków SW7M   i  SW18,  które  poddano próbom  skrę cania  w  szerokim  zakresie  prę dkoś ci.  P rze- prowadzenie  badań  był o  moż liwe  po  uprzednim  zaprojektowaniu  i  wykonaniu  odpo- wiednich  stanowisk  badawczych.  Badania wł asnoś ci wybranych  stali  poł ą czone był y z tes- towaniem  stanowisk,  zwł aszcza  opisanego  urzą dzenia -z drą ż kiem  skrę tnym jako  ź ródł em energii. U rzą dzenie takie do tej  pory nie był o wykorzystywane.  Celem badań  był o uzyska- nie informacji  na temat zależ noś ci  odkształ ceń trwał ych stali  narzę dziowych  od  prę dkoś ci odkształ cenia.  Badania  te  wypeł niają   w  pewnym  stopniu  lukę   w  opisie  wł asnoś ci  stali o  twardoś ciach  wię kszych  od  60  H RC , charakteryzują cych  się   znikomą   skł onnoś cią   d o trwał ych  odkształ ceń. N admienić  należ y,  że  próby  statycznego  i  dynamicznego  skrę cania  są ,  począ wszy  o d lat  trzydziestych,  stosowane  do  badania  wł asnoś ci  stali  narzę dziowych  jako  jedne  z  bar- 372 M .  P lWE C KI dziej  czuł ych metod.  Jako  przykł ady  wymienić  moż na  artykuł y  [6],  [7] i  [8], w  których oceniano wł asnoś ci plastyczne  stali po róż nych zabiegach  obróbki cieplnej. Również w pra- cach  [9],  [10],  [11] i  [12] opisano  próby  skrę cania  wykonane  w  podobnym  celu. W prze- prowadzonych  badaniach  zdolność  do  odkształ ceń  stali  SW7M   i  SW18  oceniano  za pomocą   ką ta  odkształ cenia  plastycznego  próbki  peł nej  z  ł agodnym  wytoczeniem  na czę ś ci  roboczej,  które  lokalizował o  miejsce  pę knię cia. Stale  narzę dziowe  o  twardoś ciach  wię kszych  od  60  H RC charakteryzują   się   bardzo dużą   wraż liwoś cią   n a  dział anie karbu,  co  utrudnia zastosowanie  próbek  rurowych,  gdyż zminimalizowanie  efektu  koncentracji  naprę ż eń spowodowanego  choć by istnieniem czę ś ci chwytowych,  wymagał oby  nadania  próbkom  odpowiednio  duż ych  wymiarów.  Kształ t próbki  musi  również  umoż liwiać  jej  ostateczną   obróbkę   mechaniczną   po  zabiegach  ob- róbki  cieplnej.  Ilustracją   tych  problemów  może  być  praca  [13],  w  której  przedstawiono kształ t  próbki  umoż liwiają cy  wyznaczenie  wł asnoś ci  wytrzymał oś ciowych  i  plastycznych stali  narzę dziowych  podczas  próby  statycznego  rozcią gania. Rezygnują c  z zastosowania próbek o rurowym kształ cie czę ś ci pomiarowej  nie podawano wykresów  skrę cania we  współ rzę dnych  r — y lecz we współ rzę dnych moment skrę cają cy  — ką t  skrę cenia,  n a  podstawie  którego  wyznaczono  ką t  odkształ cenia plastycznego  próbki. 2.  STAN OWISKA  D O  BADAŃ W  poniż ej  opisanych  badaniach  wykonanie  prób  statycznego  skrę cania  z  prę dkoś cią 0,0314 rad/ s  (0,3  obr./ min.) umoż liwiła typowa  maszyna KM- 50- 1. Próby  dynamiczne  przeprowadzono  na  dwóch  specjalnie  zaprojektowanych  w  tym celu  stanowiskach.  Jedno  z  tych  stanowisk  został o zbudowane  na  bazie  mł ota wahadł o- wego Charpy'ego  wedł ug schematu przedstawionego  na rysunku  1. Pomiar ką ta  skrę cenia 6 8 5 7 R ys.  1. Schemat stanowiska  na  mł ocie wahadł owym 1 —k o r p u s  m io t a ,  2 —  wah adł o,  3 —  o ś,  4 —  ko rpu s  przystawki  skrę cają cej,  5  — p r ó bka ,  6 —u c h wyt  ruch om y,  7 —  tuleja  dystan sowa,  8 —  uchwyt  z  fotodiodą ,  9  — la m p ka ,  10 —  czujniki  ten som etryczn e umoż liwia  ukł ad obejmują cy  fotodiodę   8,  lampkę   9  oraz  koł nierz uchwytu  6 z  nawierco- nymi  n a  obwodzie  otworami. Pomiar  momentu skrę cają cego  przeprowadzano  za  pomocą tensometrów oporowych  naklejonych  na tulei uchwytu  6. W  skł ad  ukł adu pomiarowego  wchodził  mostek  tensometryczny  TDA- 6 firmy  M ikro- techna  oraz oscyloskop  dwustrumieniowy  OKD  505A- III produkcji  Radiotechniki  z przy- stawką  fotograficzną .  Opis dział ania urzą dzenia znaleść moż na w artykuł ach [101, [11]  [12] PRÓBY  STATYCZNEGO  I  DYNAMICZNEG O SKRĘ CAN IA  STALI 373. Podobne  ukł ady  pomiarowe  wykorzystane  był y  w  badaniach  N . G .  M ICH AJLICZEN KI [14],  J.  KLEPACZKI  [15]  oraz  M. G .  STEVENSONA  i  J. D .  CAMPBELLA  [16].  W  pracy  [8J w  miejsce  przetwornika  fotoelektrycznego  zastosowano  do  pomiaru  ką ta  skrę cenia  przet- wornik  magnetyczny. Zależ ność  prę dkoś ci  skrę cania T \   =  - ~-   w  funkcji  ką ta  skrę cenia  cp  dla  kilku  próbek skrę conych na  omawianym  stanowisku  przedstawiono  n a  rysunku  2.  Jak  widać,  prę dkość 0,20  0,25 iplrad l 0,40 Rys.  2.  Zależ ność  prę dkoś ci  skrę cania  od  ką ta  skrę cenia  podczas  prób  n a  stanowisku  z  rysuriku  1 1 —  pró bka  ze  stali  SW7M ,  t em perat u ra  odpuszczania 663K, 2 —S W 7 M , 783 K ,  3 —S W1S ,  663 K, 4 —  S W1 S . 7 8 3 K . skrę cania  wzrasta  w  trakcie  próby  by  osią gnąć  maksymalną   wartość  okoł o  6,6  rad/ s (63 obr/ min).  Materiał y  bardziej  plastyczne  posiadają   dla  wię kszych  ką tów  skrę cenia również  gał ą ź opadają cą   n a wykresie r\   =  f(q>). D rugie  stanowisko  do  prób  dynamicznych  zaprojektowano  wykorzystują c  drą ż ek skrę tny  jako  ź ródło  energii  mszczą cej  próbkę .  Schemat  stanowiska  przedstawiono  n a rysunku  3. D rą ż ek  skrę tny  1 wykonany  ze stopu PA- 9 poł ą czony jest z lewej  strony  z przekł adnią ś limakową   2. D rugi koniec drą ż ka ł ą czy się   za pomocą  - wielowypustu z uchwytem rucho- mym  4  mają cym  moż liwość  obrotu w  panewce  ł oż yska  5, która  za  pomocą   wpustu  jest ustalona w korpusie  3. W korpusie  osadzony jest również uchwyt  nieruchomy 6 próbki  9. Istotnym  elementem urzą dzenia jest  koł ek, który  uniemoż liwia  obrót uchwytu  4  podczas napinania  drą ż ka  za  pomocą   przekł adni  ś limakowej.  Skrę canie  próbki  rozpoczyna  się wówczas, gdy  moment skrę cają cy  w  drą ż ku  1 osią gnie  wartoś ć, przy  której  koł ek 7  ulega ś cię ciu. D o  pomiaru ką ta  skrę cenia  sł uż y, jak  i w  poprzednim stanowisku,  ukł ad z  fotodiodą 374 M .  PlWECKI 10, lampką   11 i  tarczą   8 z nacię ciami na  obwodzie, natomiast moment skrę cają cy  sygnali- zują   czujniki  tensometryczne  12. W  skł ad  stanowiska  wchodzi  również  identyczna  aparatura  pomiarowa  i  rejestrują ca jak  poprzednio. N a  rysunku  4 przedstawiono  zależ ność prę dkoś ci  skrę cania  od ką ta  skrę cenia  podczas prób  na  omawianym  stanowisku.  Uzyskuje  się   tutaj  wię kszy  rozrzut  prę dkoś ci  skrę cania niż  n a  stanowisku  zbudowanym  na  mł ocie wahadł owym, co jest  zwią zane  z niejednorod- Rys.  3.  Schemat  stanowiska  z  drą ż kiem  skrę tnym. 1 —  drą ż ek  skrę tny,  2 —  przekł adnia  ś limakowa,  3—korpus,  4 —  uchwyt  ruchomy,  5 —  panewka  ł oż yska,  6 —  uchwyt  nie- ruchomy,  7 —  kolek,  8 —tarcza  z  nacię ciami,  9—.próbka,  10 —  fotodioda,  11 —  lampka,  12 —  czujniki  tensometryczne. 0,15  0.20 f  [ rad] 0,25  0,30 Rys.  4.  Z ależ ność  prę dkoś ci  skrę cania  od  ką ta  skrę cania  podczas  prób  na  stanowisku  z  rysunku  3, t—próbka  ze  stali S W7N, temperatura dopuszczalna  663K, 2 —S W7 M ,  883K, U 3 —S WJ8,  663K. 4 —S WI 8 ,  883K. PRÓBY  STATYCZNEGO  I  DYNAMICZNEG O SKRĘ CAN IA  ST AU 375 noś cią   materiał u  stosowanego  n a  koł ki  (metapleks).  Maksymalne  prę dkoś ci  skrę cania osią gały  w  przeprowadzonych  badaniach  wartoś ci  z przedział u  80 -  115  I okoł o  760 - s \ 1100—— }.  Opisują c  dział anie stanowiska  należy  wspomnieć,  że  umoż liwia  ono  również min/ b) a) SW1& tomp.odpuszcz.873K p rób ka  nr 10  &•? =0,0739 r ad SW7 M temperatura  odpuszczania  723 K próbka  nr1 A*=0,0262racł Rys.  5.  Oscylogramy  skrę cania  próbek.  Przebieg  górny —  sygnał   z  fotodiody,  przebieg  dolny  —  m om ent skrę cają cy. a)  oscylogram  ze  stan owiska  n a  m ł ocie  wah adł owym , b)  oscylogram  ze  stan owiska  z  drą ż kiem  skrę tn ym. 376  M.  PIWECKI wykonanie  prób  statycznych, jeś li  nie stosuje  się   koł ka.  W  tym  przypadku  moment skrę - cają cy  jest  przekazywany  n a próbkę   poprzez drą ż ek  skrę tny  podczas  dział ania  przekł adni ś limakowej. N a  rysunku  5 przedstawiono przykł adowo oscylogramy  uzyskane n a obu  stanowiskach, przy  czym  na  rysunku  5a)  przedstawiono  oscylogram  ze  stanowiska  usytuowanego  na mł ocie  wahadł owym,  a  na  rysunku  5b) — ze  stanowiska  z  drą ż kiem  skrę tnym.  Należy zwrócić  uwagę ,  że  oscylogramy  zarejestrowano  przy  róż nych  podstawach  czasu,  oraz  że nie  mają   one tej  samej  podział ki ką ta  skrę cenia.  Podział ka ką ta  na  oscylogramie  z  rysun- ku  5a)  jest  zbliż ona  do  zastosowanej  w  pracy  [15], natomiast na  rysunku  5b) jest ponad dwukrotnie  dokł adniejsza.  Przedstawione  oscylogramy  uzyskano  podczas  badań materia- ł ów  o róż nej  plastycznoś ci;  na  rysunku  5a) pokazano oscylogram  skrę cania  próbki  z ma- teriał u  bardzo  kruchego,  natomiast  na  rysunku  5b) — z  materiał u  o  stosunkowo  duż ej plastycznoś ci. Przebiegi  ką ta  skrę cenia  i  momentu  skrę cają cego  podlegają   dalszemu  opracowaniu graficznemu.  Uzyskuje  się  wykres  skrę cania  ską d  wyznacza  się  ką t,odkształ cenia plastycz- n e g o 

KeHbj  nonyueH O  MaKCHManbHbie  CKOPOCTH   cKpytmsaH U H   B  p(nana3OH e  80 -   115  p a a / c (puc.  4). S u m m a r y STATIC  AN D   D YN AM IC TORSION  TESTS  I N   APPLICATION  TO  VALU ATION   O F   ABILITY TO  D EF ORM ATION  OF   H AR D   STEELS The  paper  describes  the  results  of  investigations  of  the  influence  of  the  strain —  rate  an d  the  h eat treatment conditions on the ductil properties of  two  sorts of  tool steels. The  measure of th e steel ductile pro- perties  was  the  angle  of  plastic  strain  during  the  torsion  tests.  I t  was  found  that  with  growing  of  the strain —  rate the ductile properties of  the steel  SW7M  decrease and the ductile properties  of  the steel  SW18 increase. The  impact tests  have  been  carried  out  on the  two  specially  designed  stands  the operation  principles of  which are  explained  in  the figures  1 and  3. The  stand  shown  in  the figure  1 is  designed  on  th e basis of the  Charpy hammer. I t permits to achieve  the maximum strain —r a t e  up  to 6.6  rad/ s  (fig.  2).  The  expe- riments carried  out  on  the stand shown  in the figure  3, where  a  torsion  bar  was  a  source  of  energy,  the maximum strain — rates  of  the range  80- 4- 115 rad/ s were  achieved. POLITECHNIKA  POZNAŃ SKA INSTYTUT  MECHANIKI TECH N ICZN EJ i • .'  Praca  został a  zł oż ona  w  Redakcji  dnia  12  maja  1979  roku 3  Mech.  Teoret.  i  Stoso. 3/80