МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ

ШЕРОХОВАТОСТЬ И ОПОРНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ КОНТАКТА РУЛОННОЙ СТАЛИ

Контактное взаимодействие элементов многослойной стенки конст­рукций можно правильно оценить только с учетом особенностей гео­метрической формы их поверхности, т. е. микрошероховатости и мак­роотклонений.

В данной статье излагаются результаты определения микрошеро­ховатости и построения опорных кривых для трех марок рулонной стали, используемых для изготовления многослойных сосудов. Ко­нечной целью этого комплекса работ по изучению контактного взаи­модействия в слоях является разработка надежных методов расчета напряженного состояния подобных конструкций (таблица).

Исследования проводились по описанной ниже методике.

На профилографе-профилометре модели «Калибр ВЭИ-201» запи­сывали профилограммы поверхности рулонной стали в продольном и поперечном направлениях с последующей обработкой профилограмм и определением среднего арифметического отклонения профиля Яа и средней высоты профиля по десяти точкам Д2. Определяли также наибольшие высоты выступов Rp и неровностей профиля flmax, отно­сительную опорную длину по средней линии профиля tт и на расстоя­нии р от линии впадин tp [1].

Величина tp имеет важное значение в вопросах контактной жест­кости. С ростом величины а — сближения поверхностей — (или уменьшением р) значение tD будет постоянно увеличиваться. На ве­личине tp, как функции а, ос - Характеристика рулонной стали новано представление о кри­

вой опорной поверхности, так называемой опорной кри­вой, которая характеризует распределение материала по высоте h шероховатого слоя. Для ее построения профило­грамму разбивают на ряд го­ризонтальных уровней, па­
раллельных средней линии, суммируют участки tpi, ограничиваю­щие ширину выступов, и определяют 2tPi как функцию h.

Обычно опорные кривые строятся в относительных координатах. Величину h относят к наибольшей высоте неровностей профиля. flmaxi a Sipi — К базовой длине Z, НО l/lhtpi = tp.

Таким образом, кривая строится в координатах h/R™,— tp.

По методу, предложенному П. Е. Дьяченко [2], кривые опорной поверхности строятся отдельно для поперечной и продольной шеро­ховатостей, если они соизмеримы. Результирующая кривая опорной поверхности получается как произведение значений линейных разме­ров поперечной и продольной шероховатостей, взятых по этим двум кривым на одинаковом расстоянии от линии выступов. Величина Lap • Luon, откладываемая на оси абсцисс результирующей кривой, является фактической площадью контакта А г плоских поверхно­стей. Обычно ее относят к номинальной площади контакта Аг и

в этом случае обозначают ті = 4^. Величину ті называют отно-

Аа

сительной площадью. Получают график h/Rmax — г].

, v Графиком в координатах h/Rmax — т] пользоваться неудобно, поскольку функция т] расположена по оси абсцисс и в графике фигу­рирует параметр h, а не сближение а, являющееся необходимым па­раметром при сжатии поверхностей и в расчетах контактной жестко­сти. Поэтому график может быть перестроен путем переноса центра координат в точку О' и поворотом его на 90°. В этом случае по оси ординат располагается величина т), а по оси абсцисс — величина отно­сительного сближения є = a/Rmax. Полученная кривая Т) — є представ­ляет особый интерес в своей начальной части, до средней линии, т. е. до е = 30—40 %. Именно начальный участок этой кривой в значитель­ной степени определяет фактическую площадь контакта при сближе­нии поверхностей деталей машин, если эти поверхности плоски. Начальный участок кривой описывается зависимостью [3]

■Л = bev,

где коэффициенты Ъ и v зависят от вида обработки или способа обжа­тия поверхности.

Коэффициенты Ъ и v определяются непосредственно по опорной кривой, построенной на основании профилограмм, либо расчетным путем без построения опорной кривой на основании параметров ше­роховатости, например, согласно [4]

Результаты измерения шероховатости стали 09Г2СФ’показывают, что для листа основной стандартный параметр R0 изменяется в пре­делах от 0,60 до 1,07 мкм, увеличиваясь от одного края листа к дру­гому. При этом = 2,9—3,6 мкм.

В больших пределах колеблется также высота выступов и связан­ный с ней параметр Дтах изменяется от одного края листа к другому в^пределах 3,7—5,75 мкм. Соответственно изменяется и величина Rp,

/и fu ии ии у,/о /и tv jv а, у»

Рис. 1. Результирующие кривые Рис. 2. Начальные участки опорных

опорной поверхности сталей 09Г2СФ, кривых для горячекатаной стали

12ХГНМФ и 17Г2СФБ (1—3) и 09Г2СФ:

стали 09Г2СФ после травления (4). і— нетравленый; s — травленый лист.

составляющая 0,5—0,6/?тах. Средняя величина tm равна 0,5, что сви­детельствует о равенстве средних радиусов вершин и впадин неров­не с гей.

Отмечено, что процесс травления незначительно влияет на сталь 09Г2СФ. Уменьшаются лишь величины Rmax и Rp, что объясняется отравлением вершин неровностей.

Для отдельных профилограмм были построены опорные кривые, а затем — результирующие (рис. 1). Кривая для травленой поверх­ности отличается по форме, что связано с увеличением площади кон­такта по сравнению с нетравленым образцом (рис. 1); что хорошо вид­но на графике т] — в (рис. 2). При относительном сближении е = 40 % площадь контакта у травленого образца больше почти в 4 раза (И и 40 %).

Обработка начальных участков кривых (рис. 2) показала для катаного листа г| = е[7]’[8] и протравленого г| = 2,2є1’№.

Коэффициенты формул определялись также расчетом.

Полученная из последних графиков величина v равна величине, рассчитанной из параметров шероховатости по формуле (2) (2,3 и 2,4; 1,8 и 1,8). В результате травления она снижается. Коэффициент b значительно отличается по величине от расчетного (1,0 и 2,1; 2,2 и 1,9), формулы для его расчета нуждаются в корректировке на ос­нове большего количества экспериментальных данных.

Сравнение коэффициентов b и v, получаемых для прокатки и меха­нической обработки, показывают, что наиболее близкой аналогией прокатки является процесс плоского шлифования, расчетные форму­лы и номограммы которого будут проверены на прокате.

Поверхность стали 12ХГНМФ представляет собой сочетание свет­лых и темных пятен, лежащих на двух уровнях, что, вероятно, яв­ляется следствием образования прерывистой окалины. Более светлая

составляющая, для которой приводятся измерения и расчеты, распо­ложена выше; разница в уровнях составляет 35—40 мкм, что превы­шает значение Rmax микронеровностей. В связи с этим можно не при­нимать во внимание шероховатость темной составляющей. Соотноше­ние между площадью светлой и темной составляющими поверхности колеблется в пределах 20—80 %. Продольная шероховатость мало отличается от поперечной.

Основной стандартный параметр шероховатости Ra двух других сталей изменяется в широких пределах: от 4 до 9 мкм для стали 12ХГНМФ и от 4 до 10 мкм для стали 17Г2СФБ. Высота выступов Rmax = 11—25 мкм и изменяется незначительно для направлений вдоль и поперек прокатки.

Построенные опорные кривые (рис. 1) дают возможность оценить фактическую площадь касания в зависимости от сближения (или вы­соты микронеровностей) на плоских участках контактируемых листов.

Коэффициенты Ъ и v для сталей 12ХГНМФ (II) и 17Г2СФБ (III) велики, непостоянны по ходу кривой (vu = 4—5, vni = 2,5—4,5, &п = 6—17, Ьці = 3—20) и существенно отличаются от расчетных.

Таким образом, нами определены параметры шероховатости и по­строены кривые опорной поверхности для катаных листов сталей 09Г2СФ, 12ХГНМФ и 17Г2СФБ. Травленая после прокатки сталь 12ХГНМФ обладает менее чистой поверхностью. По степени повреждения поверхности эти стали существенно различаются. Про­дольная шероховатость поверхности сталей мало отличается от попе­речной.

Построены опорные кривые, позволяющие оценить фактическую площадь контакта плоских участков листов.

Методика определения коэффициентов Ъ и v через параметры мик­рошероховатости, предложенная в работе [4], для проката не подхо­дит. Эти коэффициенты можно ориентировочно определить путем построения кривой опорной поверхности и подбора формул.