Alakítási szilárdság mérése Krállics György krallics@eik.bme.hu Reé András, Szombathelyi Viktor, Bereczki Péter Anyagvizsgálat a Gyakorlatban – 6. Szakmai Szeminárium – 2012. június 6-8.

Az előadás fő pontjai Az alakítási szilárdság fogalma Mérési módszerek Az elvégzett kísérletek A mérési folyamatok modellezése Következtetések

Az alakítási szilárdság fogalma Az az egytengelyű feszültség, amely az anyag képlékeny állapotba való hozásához, és ezen állapot fenntartásához szükséges. Anyagjellemző, az alakítástechnikai számításoknál, de más mechanikai feladatoknál is szükség van az alakítási szilárdság ismeretére. alakváltozás mértéke, egyenértékű alakváltozási sebesség, hőmérséklet

Mérési módszerek Az alakítási szilárdság (kf ) méréséhez egyszerű alakváltozási és feszültségi állapot létrehozására törekszünk, lehetőleg a próbatest teljes térfogatában. A többtengelyű feszültségi állapot és a súrlódás hatásának kiküszöbölésére korrekciókat alkalmazunk . 1 Alapvető eljárások szakítás, zömítés, csavarás Alakváltozási állapot tengelyszimmetrikus, síkbeli Próbatest geometria hengeres, hasáb alakú Vizsgálataink során alkalmazott módszerek zömítés hengeres próbán, cinksztearát és grafit kenőanyaggal zömítés hengeres hornyolt próbán, méhviasz kenőanyaggal zömítés síkbeli alakváltozással, cinksztearát kenőanyaggal Vizsgált anyag egy tételből kimunkált, lágyított állapotú Al 99,5 próbatestek 1. P.W. Bridgeman - Studies in Large Plastic Flow and Fracture, McGraw-Hill 1952

Hengeres próbatest zömítése 2 Fontos cél a súrlódás hatásának minimalizálása. Kenőanyag megválasztása hideg- és meleg alakításhoz. Állandó alakváltozási sebesség biztosítása. Sebesség szabályozása. F 2. O.Ettuney, D.E.Hardt - A Method for in-Process Failure Prediction in Cold Upset Forging. Journal of Engineering for Industry. August 1983. Vol.105. pp.161-167.

Korrekciós tényező alkalmazása Alakítási ellenállás Aid – ideális keresztmetszet, térfogat állandóság alapján hordósodás nélkül számítva Alakítási szilárdság korrekció alkalmazásával Amax – a dmax alapján számított keresztmetszet

Súrlódás hatásának csökkentése 3 Speciális geometria és nagy viszkozitású kenőanyag alkalmazásával. Rastegaev módszere Vizsgált próbatest u0 1,5 t0 d0 h0 f 15 h0 0,5 22,5 3. M.V. Rastegaev - Zavodszkaja Laboratorija, 1940, N3, p.354

Watts-Ford vizsgálat (hasáb alakú próbatest zömítése) A síkbeli alakváltozási állapotban történő alakítási szilárdság mérés súrlódási és geometriai feltételeit Watts és Ford dolgozta ki 4 . Szakaszos zömítés, a kenés felújítása, a szerszámok cseréje a geometriai feltételek betartása érdekében. Watts-Ford szerszám Nyomóbetét párok w1=6.06 mm w2=4.40 mm w3=2.24 mm w4=1.18 mm 4. Watts, A.B., Ford, H. - Proc. Instn. Mech. Eng., 169 (1955), p. 1141-1156.

Egyenértékű alakváltozás Watts-Ford vizsgálat Próbatest geometria: b0=30 mm, s0=3 mm MTS 810 szakítógép, 100 N/s-os erővezérlés Jelölés w [mm] Egyenértékű alakváltozás 0 (alakítatlan) - 1 6.06 0.48 2 4.40 1.10 3 2.24 1.91 4 1.18 2.64 Voce típusú egyenlet illesztés:

} Gleeble szimulátor alkalmazása A mechanikai rendszer szabályozása: Vezérlő ipari számítógép (QNX System) Főegység „Hydrawedge” kiegészítő egység } szinkronizált, kettős szervo-hidraulikus rendszer Vezérlés: a munkahengereken LVDT típusú, indukciós elvű elmozdulás mérőkkel A mechanikai rendszer szabályozása: szimulációs programokkal (PC-n, Windows környezetben) vezérlő ipari számítógép minta beadó villa erőmérő cella

Gleeble szimulátor alkalmazása 1. Hengeres zömítés próbatest: Ø6×9mm-es hengeres szerszám: Ø19×25mm-es hengeres wolframkarbid 2. Ékbenyomó (Watts-Ford jellegű) próba próbatest: 10×15×20mm-es hasáb szerszám: 5×25mm-es nyomófelületű, 26,5°-os ékszögű wolframkarbid

Gleeble eredmények Súrlódási viszonyok: kenőanyag nélkül, grafitos kenőanyag, grafit fólia

Végeselemes folyamatmodellezés Egyenértékű feszültség Hengeres zömítés h0=15 mm, d0=10 mm h=5 mm

Végeselemes folyamatmodellezés Egyenértékű alakváltozás

Végeselemes folyamatmodellezés 5 Ékbenyomó próba Egyenértékű alakváltozás 5. Reé A., Bobor K., Krállics Gy. - Az alakítási szilárdság mérésének problémái. XIV. Képlékenyalakító Konferencia ,Miskolc, 2012 Konferencia Kiadvány . 222-227. old.

Végeselemes folyamatmodellezés 5 Watts-Ford vizsgálat w = 6 mm s0 = 3 mm, s = 1,5 mm μ=0,1 Egyenértékű alakváltozás

Vizsgálati eredmények összehasonlítása

Következtetések Az alakítási szilárdság mérését egyszerű geometriájú próbatestekkel célszerű végezni. A mérés kiértékelésében fontos szerepet játszik a súrlódás (kenés) és a próbatest geometria torzulása. Hidegalakítás és nagy alakváltozás esetén a szakaszos Watts-Ford vizsgálat adja a legjobb eredményt. Folyamatos vizsgálatoknál romlanak a kenés feltételei és megváltozik a próbatest egyszerű geometriája. Az emiatt használt korrekciós összefüggések csak a kisebb (0–0,6) alakváltozási tartományban adnak megbízható eredményt. A Rastegaev típusú próbatestek a 0–1,5 alakváltozás tartományban jól használhatók. A bemutatott munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt keretében valósult meg.