Моделирование процесса упрочнения заготовки кручением

Проведены моделирование в среде ANSYS Workbench и экспериментальное исследование процесса упрочнения деформацией кручения в сочетании с термической обработкой заготовки круглого сечения. Упрочнение кручением создает на поверхности заготовки сжимающие напряжения и одновременно приводит к деформационному упрочнению по дислокационному механизму. Сформировавшееся напряженно-деформированное состояние является благоприятным для витков цилиндрической пружины, так как снижает на их поверхности напряжения от внешней нагрузки. В отличие от процесса упрочнения патентированием деформация кручением не приводит к уменьшению диаметра заготовки, и упрочнение по сечению распределяется в соответствии со значением крутящего момента. Рассмотренный механизм упрочнения может быть применен для торсионов, заменив собой дробеметный наклеп и обкатку роликом.

Литература

[1] Wang C., Li F., Li J., Dong J., Xue F. Microstructure Evolution, hardening thermal behavior of commercially pure copper subjected to torsion deformation. Materials Science and Engineering: A, 2014, vol. 598, pp. 7–14, doi: 10.1016/j.msea.2013.12.079

[2] Liu J., Li F., Chen H. Influences of pre-torsion deformation on microstructure and mechanical properties of pure titanium subjected to subsequent tension deformation. Chinese Journal of Aeronautics, 2018, vol. 31, iss. 4, pp. 837–844, doi: 10.1016/j.cja.2017.10.009

[3] Guo N., Zhang Z., Dong Q., Yu H., Song B., Chai L., Liu C., Yao Z., Daymond M.R. Strengthening and toughening austenitic steel by introducing gradient martensite via cyclic forward/reverse torsion. Materials & Design, 2018, vol. 143, pp. 150–159, doi: 10.1016/j.matdes.2018.01.058

[4] Zhao T.-Z., Zhang S.-H., Zhang G.-L., Song H.-W., Cheng M. Hardening and softening mechanisms of pearlitic steel wire under torsion. Materials & Design, 2014, vol. 59, pp. 397–405, doi: 10.1016/j.matdes.2014.03.029

[5] Guo N., Luan B., Liu Q. Influence of pre-torsion deformation on microstructures and properties of cold drawing pearlitic steel wires. Materials & Design, 2013, no. 50, pp. 285–292, doi: 10.1016/j.matdes.2013.02.047

[6] Крюков А.А. Моделирование и экспериментальное исследование упрочнения цилиндрических изделий методом совместного упругопластического деформирования растяжением и кручением. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2011, 13(4-4), c. 970–974.

[7] Khoddam S., Hodgson P.D., Parsa M.H. High pressure torsion process of a cylindrical segment sample. Conference 5th International Biennial Conference on Ultrafine Grained and Nanostructured Materials, At Tehran University, Society of Iranian Metallurgical engineers, Procedia Materials Science, 2015, pp. 1–6.

[8] Крюков А.А. Технология упрочнения длинномерных цилиндрических изделий совместным растяжением и реверсивным кручением. Металлообработка, 2015, № 3(87), с. 11–17.

[9] Малыгин Г.А. Механизм деформационного упрочнения и образования дислокационных структур в металлах при больших деформациях. Физика твердого тела, 2006, т. 48, № 4, с. 651–657.

[10] Каратушин С.И., Храмова Д.А., Пехов В.А. Эффект Баушингера при различных видах пластической деформации. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2017, № 12, c. 45–50, doi: 10.18698/0536-1044-2017-12-45-50

[11] Зубчанинов В.Г., Алексеев А.А., Гультяев В.И. О построении поверхности текучести стали 45 и проверке постулата изотропии на прямолинейных траекториях при многократных знакопеременных нагружениях. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, 2014, № 3, c. 71–88.

[12] Артемьева А.А., Баженов В.Г., Жегалов Д.В., Казаков Д.А. Исследование больших упругопластических деформаций оболочек вращения при сложных нагружениях растяжением и кручением. Прикладная механика и техническая физика, 2015, т. 56, № 6, с. 22–30, doi: 10.15372/PMTF20150603

[13] Денисов К.И., Дитенберг И.А., Тюменцев А.Н., Корчагин М.А., Корзников А.В. Особенности упрочнения меди при комбинированном деформационном воздействии. Вестник Тамбовского университета. Сер. Естественные и технические науки, 2013, № 18(4–2), с. 1597–1598.

[14] Dwivedi S., Lal R.K., Choubey V.K., Dwivedi J.P., Singh V.P., Shah S.K. Study of Residual Stresses in I Sectioned bars of Non-Linear Work-Hardening Materials under Torsion. Materials Today: Proceedings, 2015, vol. 2, iss. 4–5, pp. 2046–2055, doi: 10.1016/j.matpr.2015.07.190