» » Межслойная неравномерность деформации
21.12.2014

Особенностью деформации слоистых композиций является неравномерность распределения ее между слоями вследствие различия свойств составляющих. В большей степени деформируется металл, обладающий меньшим сопротивлением деформации. Кроме того, деформация слоистых металлов происходит в условиях межслойного трения до тех пор, пока не произошло прочного соединения слоев композиции.
Величина неравномерности деформации при прокатке биметалла зависит от:
- соотношения сопротивлений деформации составляющих;
- соотношения исходных толщин слоев;
- порядка укладки слоев: M-T-M, T-M-T (М-мягкий слой, Т-твердый слой);
- параметров очага деформации;
- контактных и межслойных сил трения (их величины и направления);
- натяжения.
М.И. Бояршинов и Г.Э. Аркулис установили, что сопротивление деформации биметалла близко к среднему значению сопротивления деформации составляющих.
Основные закономерности изменения контактных напряжений в зависимости от формы очага деформации и натяжения, присущие прокатке монометаллов, справедливы и для совместной прокатки разнородных металлов. С помощью изменения переднего и заднего натяжения можно управлять распределением деформации, необходимой для обеспечения заданного соотношения толщин слоев и прочности их соединения.
Характер взаимодействия слоев заготовки между собой и деформирующим инструментом (валками) в асимметричном биметаллическом пакете показан на рисунке.
Межслойная неравномерность деформации

Как известно, при деформации заготовки, составленной из металлов с разными механическими свойствами, в мягких слоях появляются дополнительные напряжения сжатия, а в твердых - дополнительные напряжения растяжения. В приконтактных поверхностях слоев металлов, в результате взаимодействия с ними валков, возникают сжимающие напряжения. Таким образом, мягкий слой заготовки подвергается действию дополнительных сжимающих напряжений как со стороны валка, так и со стороны твердого тела. В результате этого деформация мягкого слоя затрудняется, а твердого - облегчается, что приводит к сближению деформаций обоих слоев, а следовательно, к снижению неравномерности деформации биметалла. Уменьшение толщины мягкой составляющей по отношению к твердой способствует выравниванию послойных деформаций.
Прочная связь между слоями, препятствующая взаимному смещению частиц металла на границе раздела слоев, оказывает существенное влияние на характер деформированного состояния. При этом деформации слоев более равномерны, чем при отсутствии межслойной связи. Различие деформации М и Т слоев приводит к изгибу биметалла. Если создать условия, препятствующие изгибу (проводки), то неравномерность проявится в виде наплывов мягкого слоя на краевых частях полосы, которые удаляют в отходы.
Пример. При прокатке биметалла Сu+Al при соотношениях Hм/Hув=0,3 и l/Hср=А - послойные деформации почти равны (l - длина очага деформации).
Если же толщины M и T составляющих должны быть равны, возникает значительная неравномерность деформации.
Для снижения неравномерности деформации осуществляют прокатку в симметричных четырехслойных двойных пакетах по схеме М+Т+М и Т+М+Т.
Схема М+Т+М = М+Т+Т+М. Между твердыми слоями помещают разделительный подслой, препятствующий их соединению при прокатке. В мягких слоях в при контактных поверхностях с валком и твердым слоем возникают дополнительные сжимающие напряжения, в твердых - растягивающие. Такая схема обеспечивает минимальную неравномерность послойных деформаций.
Схема Т+М+Т Соответственно в твердом слое на границе с валком - сжимающие напряжения, на границе с мягким слоем - растягивающие. Твердые слои будут деформироваться в меньшей степени, чем при схеме М+Т+М, а неравномерность деформации при прочих равных условиях будет выше (ε—степень деформации).
Межслойная неравномерность деформации

Если известно одно из соотношений, можно определить деформацию каждого слоя.
В общей форме зависимость относительной деформации от основных параметров процесса имеет вид функции
Межслойная неравномерность деформации

где f-коэффициент внешнего трения; р - параметр, характеризующий трение между слоями; l/Hcp - параметр очага деформации; Hт и H - соответственно начальная толщина соответственно твердой составляющей и биметалла; σт и σм - сопротивление деформации соответственно твердых и мягких слоев.
Таким образом, при разработке технологии процесса получения слоистых металлов с предварительным сцеплением слоев необходимо учитывать послойные деформации, их зависимость от параметров процессов ОМД и, в частности, прокатки.