Общая характеристика очага деформации
Здесь рассмотрим характер течения металла в очаге деформации при прокатке относительно валков и связанные с этим понятия:
– зоны отставания и опережения;
– нейтральное сечение;
– нейтральный угол;
– характер сил трения по зонам;
– формы очага деформации: низкий, средний, высокий.
Чтобы проанализировать характер напряжений и деформаций при установившемся процессе прокатки и рассчитать силу прокатки, необходимо рассматривать характер распределения сил трения в очаге деформации.
Мы можем считать, что мгновенная картина прокатки представляет собой мгновенную картину осадки двумя цилиндрическими валками как наклонными бойками. Как и при осадке, есть точка, по разные стороны от которой металл течёт в разные стороны – направо или налево относительно валков. Как и при осадке, на контакте металла с валками имеются зоны скольжения и прилипания. Зона прилипания также разделяется на зоны торможения и застоя. В последней силы трения меняют направление на обратное, проходя через ноль.
На поверхности контакта напряжения трения t должны нарастать от периферии к центру очага деформации в соответствии с кривой Епифанова Е.И.:
сначала по закону Кулона (участок 1)
t = ms,
а затем, достигнув предельного значения, оставаться постоянными (участок 2) (рис 44а)
t = К/2.
Рис. 44. Эпюра сил трения при прокатке (а) и векторная диаграмма сил трения на контакте (б).
Как и при осадке, силы трения в зоне застоя переходят через ноль и вблизи меняются по линейному закону (зона 3). Распределение сил трения по поверхности контакта показано на рис 44б (вид сверху).
Экспериментально показано, что точка А, в которой силы трения как вектор равны нулю, практически совпадает с точкой N (рис.42), в которой приложены равнодействующие нормальных и касательных сил в очаге деформации (хотя теоретически они не совпадают точно). Таким образом, до точки А силы трения направлены по ходу, а после – против хода прокатки.
Очевидно так же, как и при осадке, соотношение между зонами скольжения и прилипания зависит от формы очага деформации и может быть приближённо выражено через геометрические параметры очага деформации (хотя это соотношение определяется не только геометрией очага, но и характером деформации и условиями трения на контакте). И.Я.Тарновский установил, что характеристикой геометрии очага деформации служит критерий l/hcp, (где l – длина дуги захвата и hcp– средняя высота очага деформации, hcp= (h0 + h1)/2). В зависимости от значения этого параметра, очаги деформации делятся на низкие, средние и высокие.
- Примерно при l / hcp < (0,5 ¸ 1) очаги деформации считают высокими, зоны скольжения на таких очагах практически полностью вырождены.
Экспериментальные исследования, в том числе на крупных промышленных слитках, показали, что эта граница зависит от многих технологических факторов, прежде всего, от свойств деформируемого металла. Чем мягче металл (меньше предел текучести), тем легче деформация распространяется в глубь сечения. При снижении количества углерода и легирующих элементов в стали, повышении температуры, снижении скорости прокатки, а также снижении ширины полосы, деформации при меньших значениях фактора l / hcp проникает в центральные слои слитка.
Для определенности мы установим границу высоких очагов на значении
l / hcp = 1.
- При отношениях примерно 1< l/hcp< 4-5 достаточно развиты как зоны скольжения, так и прилипания, и очаг деформации становится средним.
- При l / hcp> 4-5 очаг деформации практически полностью занят зонами скольжения и называется низким.
- В последние годы введено понятие сверхнизкого очага деформации (его называют ещё фольговым, хотя он может образоваться и при прокатке тонких листов и лент толщиной более 0,2 мм (тоньше – фольга)). В середине фольгового очага есть участок упругой деформации, на котором силы трения равны нулю. Для фольгового очага l / hcp>> 4-5. Точные границы данного параметра для этого случая пока не установлены.
Важно подчеркнуть, что высокие, средние и низкие очаги деформации определяются особенностями деформации, а не геометрическими параметрами, что границы деления очагов весьма условны. Позже мы подробно рассмотрим картину деформации в каждом из очагов.