Kolokwium 2

1.Jak wielkość gniotów, temperatury, współczynnika tarcia, średnicy walców na nacisk jednostkowy!

a) gniot: (rys. 1.57 str. 50 Leskiewicz)- wraz ze zwiększeniem gniotu zwiększa się wartość nacisków jednostkowych. Z wykresu wyraźnie widać że zwiększenie gniotu powoduje zwiększenie długości łuku styku, co wiąże się z zwiększeniem tarcia. Zwiększenie współczynnika tarcia wymusza zwiększenie nacisków jednostkowych.

b) współczynnik tarcia (1. 53 i 1.54 str. 49 leskiewicz)- dla jednakowych pozostałych warunków odkształcenia- im większy jest współczynnik tarcia f, tym większe jest σ_t i tym większy jest udział σ_t w wielkości nacisku jednostkowego. Im mniejszy jest współczynnik tarcia f, tym mniejsza jest wartość σ_t. Największe znaczenie ma to dla pasm cienkich, gdyż wtedy niewielkie zmniejszenie współczynnika tarcia, powoduje bardzo duże zmniejszenie wielkości σ_t.. Im mniejsze są siły tarcia tym mniejszy jest nacisk jednostkowy i tym mniejszych sił potrzeba do przeprowadzenia odkształcenia. Gdy pasmo jest grube zmniejszenie f nie powoduje w sposób istotny zmniejszenia σ_t.

Zależność oporów płynięcia od współczynnik tarcia µ przy walcowaniu na gorąco

Wpływ współczynnika tarcia na rozkład oporów płynięcia dla różnych grubości początkowych pasma h₀ przy walcowaniu na gorąco.

c) temperatura- wzost temperatury powoduje zmniejszenie nacisków jednostkowych, co wynik ze zwiększenia plastyczności metalu wraz ze zwiększeniem temperatury i co wykazaliśmy na laboratorium z walcowania na gorąco:D:D:D

d) średnica walców (rys. 1.56 str. 50 leskiewicz) - zwiększenie średnicy walców, wpływa na zwiększenie długości łuku styku. Walcowanie przy mniejszych średnicach walców roboczych powoduje zmniejszenie nacisku jednostkowego.

e) naciąg i przeciwciąg (rys.1.58 str. 50 leskiewicz) - nacisk jednostkowy metalu na walce maleje, gdy przy walcowaniu stosuje się naciągi. Wielkość naciągi określona jest stosunkiem siły Q ciągnienia do powierzchni S. Naciąg przedni σ₁ i tylni σ₀ . Krzywa DNFPE podaje wielkość nacisków jednostkowych p, gdy walcowanie odbywa się bez naciągów, krzywa MKPE- gdy stosowany jest naciąg tylny i krzywa DNKL- gdy stosowany jest naciąg przedni oraz krzywa MKL- gdy stosuje się naciąg przedni i tylni równocześnie. Widać że wielkość naprężenia uplastyczniającego zmniejsza się w chwili chwytu o naciąg tylny, a w chwili wyjścia metalu z walców o naciąg przedni.

2.Charakterystyka pomiaru sił i momentów walcowania na gorąco z wykorzystaniem metod tensometrycznych.

A) Pomiar siły nacisku metalu na narzędzie odkształcające dokonywany jest czujnikiem tensometryczny, pracującym w układzie półmostka. Szukamy zależności σ_n = ε_F E oraz F_n = σ_n S

Aby określić ε_F musimy wyznaczyć współczynnik: uwzględniający ustawienia mostka tensometrycznego, rzeczywisty współczynnik czułości odkształceniowej drutu tensometrycznego oraz współczynnik uwzględniający odkształcenie prostopadłe do kierunku działania siły F_n. Zatem musimy znać parametry mechaniczne konstrukcji czujnika oraz parametry elektrycznych aparatury pomiarowej.

B) pomiar momentu skręcającego na łączniku, dokonywany jest przez czujnik tensometryczny, pracujący w układzi pełnego mostka, który nakleja się bezpośrednio na tym łączniku. Do pomiaru stosuje się układ pełnego mostka z uwagi na to że doprowadzenie prądu zasilającego tensometry odbywa się w czasie obrotu łącznika przez zmienny opór na stykach strun ślizgowych, obracających się po pierścieniach ślizgowych. W tych warunkach sygnał byłby równy sygnałowi mierzonemu, a przy zastosowaniu pełnego mostka napięcie zbierane strunami nie wpływa na równowagę i czułość mostka. Potrzebujemy określić stałą pomiaru uwzględniającą ustawienia mostka tensometrycznego, stałą uwzględniającą rzeczywisty współczynnik czułości odkształceniowej drutu tensometrycznego, stałą pomiaru uwzględniającą odkształcenia poprzeczne do kierunku działania momentu. Należy znać parametry mechaniczne konstrukcji czujnika oraz parametry elektryczne aparatury pomiarowej.

3.Charakterystyka procesu walcowania.

Przy walcowaniu na gorąco niekorzystna struktura metalu odlanego zostaje zniszczona i zamieniona na strukturę o znacznie lepszych własnościach plastycznych i wytrzymałościowych.

Do dalszych zalet należy:

1. Znacznie mniejsza niż na zimno granica plastyczności (dla stali ok. 10krotnie). Odkształcenie metalu następuje więc za pomocą znacznie mniejszych nacisków narzędzia, co powala na zastosowanie znacznie większych odkształceń.

2. Można stosować znaczne odkształcenia, gdyż ze wzrostem temperatury zwiększa się plastyczność metalu.

3. Wskutek spontanicznej rekrystalizacji metal odkształcony na gorąco nie traci swych własności plastycznych.

4. Koszty wytwarzania wyrobów walcowanych są znacznie mniejsze niż przy przeróbce na zimno.

W czasie walcowania na gorąco występują zmiany w strukturze walcowanego metalu. Obserwuje się wtedy równoczesny wpływ przeciwdziałających sobie warunków:

1. Odkształcenie plastyczne powoduje rozdrobnienie oraz wydłużenie ziarn oraz obrót kierunków krystalograficznych metalu.

2. Rekrystalizacja wywołuje wzrost ziarn.

W walcowniach blach walcowanych na gorąco pasmo po ostatnim przepuście (często w zakresie ε_k ) zwijane jest w temperaturze końca walcowania (np.850ºC) i stygnie w kręgach. Ze względu na dużą masę kręgu czas stygnięcia jest długi, co powoduje znaczny rozrost ziarna. Grube ziarno jest bardzo niedogodne w dalszej przeróbce blach na zimno. Zastosowanie po ostatnim przepuście chłodzenia blach ma na celu zapewnienie właściwej temp. zwijania kręgów.

Dla określenia sił potrzebnych do odkształcenia metalu przy walcowaniu na gorąco należy znać granicę plastyczności σ_p metalu w temp walcowania i dla prędkości odkształcenia wynikłej z warunków walcowania. Ze wzrostem temp granica plastyczności zmniejsza się.

W gorących walcowniach typu ciągłego często czas między kolejnymi odkształceniami nie wystarcza na całkowitą rekrystalizację metalu. W tych przypadkach rekrystalizacja następuje częściowo, a przeróbkę taką określa się jako mieszaną. W skutek niepełnej rekrystalizacji i występującego umocnienia naciski w kształcie odkształcenia znacznie się zwiększają.

Stal walcowana na gorąco pokryta jest większą lub mniejszą warstwą zgorzeliny , co zbliża warunki walcowania do warunków walcowania ze smarem.

Im niższa jest temperatura walcowania stali w zakresie przeróbki plastycznej na gorąco, tym poszerzenie jest większe.

4.Zasada pomiarów tensometrycznych.

Tensometria należy do punktowych metod pomiarowych, pozwalających na pomiar odkształceń jednostkowych oraz szeregu wielkości, związanych jednocześnie z odkształceniem: naprężenia, siła, moment, moc.

Czujnik tensometryczny jest zasadniczą częścią urządzenia pomiarowego, a umieszcza się go tak, aby odkształcenia, którym ulega czujnik, były identyczne z odkształceniami badanej powierzchni elementu. Odkształcenia te określa się przy pomocy metod mechanicznych, pneumatycznych i elektrycznych. Opierają się na pomiarze odkształceń sprężystych do granicy stosowalności prawa Hooke'a. Najczęściej stosuje się czujniki elektryczne. W pomiarach tensometrycznych wykorzystuje się ideę zmiany wielkości nieelektrycznej za pomocą wielkości elektrycznej, tj. zmiany oporności drutu tensometrycznego na czujniku pomiarowych, wywołane przez niewielkie odkształcenia w węźle mechaniczny, procesu, które można zmierzyć jako zmienne napięcie prądu zasilającego ten czujnik, będące proporcjonalne do zmian sił nacisku lub momentu skręcającego. Impulsy te po wzmocnieniu do wielkości zmiennego napięcia wyjściowego, zostają zarejestrowane jako dane mierzone przez dany czujnik tensometryczny.

Podstawowymi elementami aparatury są:

-układ mostkowy Wheastone'a zasilany prądem stałym lub zmiennym, pozwalający na pomiar przyrostu rezystancji czujników, poddanych odkształceniom statycznym lub dynamicznym

-układ zasilania

-przyrządy kontrolno-pomiarowe

-urządzenia pomocnicze (rejestratory, złącza)

-komputer rejestrujący

Kolokwium 3

1.Czym charakteryzuje się proces walcowania na zimno i czym się różni od walcowania na gorąco?

Proces walcowania na zimno charakteryzuje się sprężystym odkształceniem walców, niską temperaturą walcowania, brakiem rekrystalizacji oraz wyraźnym umocnieniem się materiału.

Walcowanie na zimno stosuje się w celu uzyskania:

-blach i taśm o grubości do dziesiętnych części milimetra

-dużych dokładności wymiarów

-małej chropowatości powierzchni

-zmiany własności i struktury materiału

Walcowanie na Zimno:

Spłaszczenie metalu przez walce w temperaturze pokojowej lub niżej niż rekrystalizacji metalu, stosuje się przy wytwarzaniu wyrobów płaskich o bardzo małej grubości: blach, taśm, folii oraz prętów i rur o małych średnicach, co zapewnia dużą dokładność wymiarowo-kształtową, gładką powierzchnię i podwyższoną wytrzymałość wyrobów.

Walcowanie na Gorąco:

Stosuje się w temperaturze zapewniającą rekrystalizację materiału, a tym samym zmniejszeniem nacisku jednostkowego niezbędnego do jego odkształcenia.

2.Sprężyste spłaszczenie walców; odkształcenie sprężyste walców.

Przy walcowaniu na zimno zmienia się wielkość powierzchni styku metalu z walcami wskutek sprężystego spłaszczenia się walców. Z czego wynika, że wielkość odkształcenia jest większa niż teoretyczna, a więc gniot jest mniejszy niż w teorii. Przez co długość łuku styku w rzeczywistości jest większa niż długość łuku styku teoretycznego.

Wzór Hitchcocka:

Wzór Wintona:

ld' - zmieniona długość łuku styku [mm]

R - promień walca sztywnego

ν - moduł Poissona

p_śr' - średni nacisk jednostkowy uwzględniający spłaszczenie walców

E - moduł Younga

Δh - gniot bezwzględny

R' - średnica walca spłaszczonego

F' =F/b_śr

b_śr - średnia szerokość pasma

F - siła nacisku

F' - siła nacisku spłaszczonego walca

c - stała podatności sprężystej materiału walców (1,06*10-4mm²/kg-dla walców stalowych; 2,06*10-4mm²/kg-dla walców żeliwnych; 3,75*10-4mm²/kg-dla walców z węglików spiekanych)

3.Prawo Ciągłości Strugi

P=V_w(1+S)=const

Gdzie:

P - pole przekroju pasma na wyjściu z klatki

V_w - prędkość obwodowa walców

S - wyprzedzenie

-ogólnie

-dla wyrobów długich

n_n - prędkość obrotowa(znana)

-dla wyrobów płaskich

4.Czym charakteryzuje się proces umocnienia.

Wykres zmiany granicy plastyczności σ_p w zależności od procentowego stopnia odkształcenia ε_i nazywamy krzywą umocnienia. Przy niewielkich odkształceniach zmiany granicy plastyczności są znaczne, przy większych natomiast odkształceniach zmiany te są mniejsze, ale krzywa w dalszym ciągu jest rosnąca. Kształt krzywej obrazuje zjawisko umocnienia.

Zjawisko umocnienia polega na postępującym odkształceniu plastycznym, które ulega to coraz mocniejszemu zahamowaniu z powodu zwiększenia się liczby dyslokacji ponad ich gęstość krytyczną.

Na umocnienie wpływa:

1)Temperatura - im wyższa temperatura, tym większa jest ruchliwość atomów w sieci. Szybciej następuje zdrowienie i zanik naprężeń wewnętrznych, zmniejsza się więc umocnienie. Całkowity zanik umocnienia nastąpi powyżej temperatury rekrystalizacji.

2)Prędkość odkształcenia - im prędkość odkształcenia jest większa tym większe jest oddziaływanie umocnienia.

Ze wzrostem sił ściskających rośnie odkształcenie plastyczne a z nim umocnienie materiału! W walcowaniu na zimno materiał się umacnia.

5.Jak wpływa wartość naciągów i przeciwciągów na wartość nacisków.

Krzywa DNFPE podaje wielkość nacisków jednostkowych bez naciągów.

Krzywa MKPE podaje wielkość nacisków jednostkowych z naciągiem tylnim σ₀

Krzywa DNKL podaje wielkość nacisków jednostkowych z naciągiem przednim σ₁

Krzywa MKL podaje wielkość nacisków jednostkowych z obydwoma naciągami

Wielkość naciągu określamy stosunkiem siły Q do powierzchni przekroju metalu S. Czyli σ₀=Q₀/S₀, a σ₁=Q₁/S₁. Siła nacisków jednostkowych spada wraz ze stosowaniem naciągów co dobrze ilustruje wykres przedstawiony poniżej.

Wpływ zastosowania naciągu σ₁ i naprężenia przeciw ciągu σ₀ na rozkład nacisku jednostkowego przy walcowaniu na zimno.

6.Wpływ tarcia w procesie walcowania na zimno.

Im większy jest współczynnik tarcia tym większe jest σ_t i tym większy jest udział σ_t w wielkości nacisku jednostkowego. Im mniejsze są siły tarcia, tym mniejszy jest nacisk jednostkowy i tym mniejszych sił trzeba do przeprowadzenia odkształcenia. Nacisk jednostkowy p zwiększa się, gdy zwiększa się współczynnik tarcia.

---