Критерии вскрытия осевой полости при поперечно-клиновой прокатке

Рассмотрено применение эмпирической, феноменологической деформационной и энергетической теорий разрушения металла по отношению к процессу поперечно-клиновой прокатки. Отличительной особенностью поперечно-клиновой прокатки по сравнению с другими процессами обработки металлов давлением является сложное напряженно-деформированное состояние в очаге деформации и возможность вскрытия осевой полости. Приведены существующие эмпирические критерии разрушения. Рассмотрены схема нового калибровочного испытания на основе поперечно-клиновой прокатки и критерий разрушения, предложенные Збигневом Патером. Показано, что эмпирический критерий разрушения Збигнева Патера обеспечивает корректное определение момента вскрытия полости при поперечно-клиновой прокатке. Показано, что согласно феноменологической деформационной теории, разработанной В. Л. Колмогоровым, разрушение металла при пластической деформации наступает после достижения накопленными деформациями своего предельного значения, которое зависит от среднего напряжения. При этом зависимость предельного значения накопленных деформаций от напряжения носит более сложный характер. Предлагается оценивать пластичность металла в зависимости от напряженного состояния в виде двух независимых инвариантов тензора напряжений: среднего напряжения и параметра третьего инварианта тензора напряжений. Зависимость предельной величины накопленной деформации, при которой происходит разрушение, от напряженного состояния строится в виде поверхности пластичности. Феноменологический деформационный критерий разрушения металла при пластических деформациях позволяет определить момент вскрытия полости при поперечно-клиновой прокатке и ресурс пластичности металла.

1. Щукин, В. Я. Белорусская школа поперечно-клиновой прокатки / В. Я. Щукин, Г. В. Кожевникова // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2016. – № 1. – С. 43–50.

2. A study on central crack formation in cross wedge rolling / Xianyan Zhoua [et al.] // J. Mater. Process. Tech. – 2020. – Vol. 279. – Art. ID 116449. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.116549

3. Cuiping Yang. Micro-mechanism of central damage formation during cross wedge rolling / Cuiping Yang, H. Dong, Zhenghuan Hu // J. Mater. Process. Technol. ‒ 2018. ‒ Vol. 252. ‒ P. 322–332. http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.09.041

4. Pater, Z. Establishment of a new hybrid fracture criterion for cross wedge rolling / Z. Pater, J. Tomczak, T. Bulzak // Int. J. Mech. Sci. ‒ 2020. – Vol. 167. – Art. ID e105274. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.105274

5. Кожевникова, Г. В. Развитие энергетической теории разрушения при пластической деформации металла / Г. В. Кожевникова, С. С. Дубенец // Актуальные проблемы прочности / А. В. Алифанов [и др.]; под ред. В. В. Рубаника. – Минск: УП «ИВЦ Минфина», 2022. ‒ Гл. 13. ‒ С. 160–172.

6. Cross wedge rolling of a Ti6Al4V (ELI) alloy: the experimental studies and the finite element simulation of the deformation and failure / M. Çakırcalı [et al.] // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2013. – Vol. 65, iss. 9–12. – P. 1273–1287. https://doi.org/10.1007/s00170-012-4256-3

7. Кожевникова, Г. В. Деформационный критерий разрушения при пластическом течении / Г. В. Кожевникова // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук. – 2010. – № 2. – С. 61–68.

8. Rice, J. R. On the ductile enlargement of voids in triaxial stress fields / J. R. Rice, D. M. Tracey // J. Mech. Phys. Solids. ‒ 1969. – Vol. 17, iss. 3. ‒ P. 201–217. https://doi.org/10.1016/0022-5096(69)90033-7

9. Prediction of fracture in hub-hole expanding process using a new ductile fracture criterion / Y. K. Ko [et al.] // J. Mater. Process. TechnOL. ‒ 2007. – Vol. 187–188. ‒ P. 358–362. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.jmatprotec.2006.11.071

10. Oyane, M. Criteria of Ductile Fracture Strain / M. Oyane // Bull. of JSME. ‒ 1972. – Vol. 15, iss. 90. ‒ P. 1507–1513. https://doi.org/10.1299/jsme1958.15.1507

11. Oh, S. I. Ductile fracture in axisymmetric extrusion and drawing. Part II. Workability in extrusion and drawing / S. I. Oh, C. C. Chen, S. Kobayashi // J. Eng. Ind. ‒ 1979. – Vol. 101, iss. 1. ‒ P. 36–44. https://doi.org/10.1115/1.3439471

12. Brozzo, P. A new method for the prediction of formability limits in metal sheets / P. Brozzo, B. Deluca, R. Rendina // Sheet metal forming and formability: 7th Biennial Congress of the International Deep Drawing Research Group’ 72: [Proceedings] : Amsterdam, October 9–13, 1972. – [Amsterdam, 1972].

13. Application of ductile fracture criteria in spin-forming and tube-bending processes / M. Zhan [et al.] // Comp. Mater. Sci. ‒ 2009. – Vol. 47, iss. 2. ‒ P. 353–365. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.commatsci.2009.08.011

14. Ayada, M. Central bursting in extrusion of inhomogeneous materials / M. Ayada, T. Higashino, K. Mori // Proc. of the First Intern. Conf. on Technology of Plasticity, Tokyo, Japan, 3–7 September 1984. ‒ P. 553–558.

15. Determination of the Critical Value of Material Damage in a Cross Wedge Rolling Test / Z. Pater [et al.] // Materials. ‒ 2021. – Vol 14, № e1586. ‒ P. 1‒18. http://dx.doi.org/10.3390/ma14071586

16. Кожевникова, Г. В. Пластические свойства металлов и сплавов: феноменологическая деформационная теория разрушения при пластическом течении / Г. В. Кожевникова, В. Я. Щукин. – Минск: Беларус. навука, 2021. – 277 с.

17. Пластичность и разрушение / под общ. ред. В. Л. Колмогорова. – М.: Металлургия, 1977. – 336 с.