Том 26 № 4 2024 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Маниканта Д.Э., Амбхор Н., Шамкувар С., Гураджала Н.К., Дакарапу С.Р. Исследование влияния гибридных наножидкостей на растительной основе на производительность обработки при токарной обработке с минимальным количеством СОЖ................................................................................................................................... 6 Дама Й.Б., Джоги Б.Ф., Паваде Р., Кулкарни А.П. Влияние направления печати на характер износа PLAбиоматериала, полученного методом FDM: исследование для имплантата тазобедренного сустава......................... 19 Гриненко А.В., Чумаевский А.В., Сидоров Е.А., Утяганова В.Р., Амиров А.И., Колубаев Е.А. Искажение геометрии, окисление кромки, структурные изменения и морфология поверхности реза листового проката толщиной 100 мм из алюминиевых, медных и титановых сплавов при плазменной резке на токе обратной полярности........................................................................................................................................................................... 41 Соматкар А., Двиведи Р., Чинчаникар С. Сравнительная оценка накатывания роликом сплава Al6061-T6 в условиях сухого трения и в условиях смазки минимальным количеством наножидкости....................................... 57 Карлина Ю.И, Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Оценка качества и механических свойств получаемых слоев металла из низкоуглеродистой стали методом WAAM с использованием дополнительной механической и ультразвуковой обработки............................................................................................................................................... 75 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Юсубов Н.Д., Аббасова Х.М. Систематика многоинструментных наладок на станках токарной группы............... 92 Тошов Дж.Б., Фозилов Д.М., Елемесов К.К., Рузиев У.Н., Абдуллаев Д.Н., Басканбаева Д.Д., Бекирова Л.Р. Повышение стойкости зубьев буровых долот за счет изменения технологии их изготовления.................................. 112 Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков................................................................................................................................................................................... 125 Абляз Т.Р., Блохин В.Б., Шлыков Е.С., Муратов К.Р., Осинников И.В. Изготовление электродов-инструментов с оптимизированной конфигурацией для копировально-прошивной электроэрозионной обработки методом быстрого прототипирования.............................................................................................................................................. 138 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Шуберт А.В., Коновалов С.В., Панченко И.А. Обзор исследований высокоэнтропийных сплавов, их свойств, методов создания и применения.................................................................................................................................. 153 Сюсюка Е.Н., Аминева Е.Х., Кабиров Ю.В., Пруцакова Н.В. Анализ изменения микроструктуры компрессионных колец вспомогательного судового двигателя.................................................................................................... 180 Дударева А.А., Бушуева Е.Г., Тюрин А.Г., Домаров Е.В., Насенник И.Е., Шикалов В.С., Скороход К.А., Легкодымов А.А. Влияние горячей пластической деформации на структуру и свойства поверхностно модифицированных слоев после вневауумной электронно-лучевой наплавки на сталь 12Х18Н9Т с применением порошковой смеси состава 10Cr-30B...................................................................................................................................................... 192 Болтрушевич А.Е., Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Кузнецова Ю.С. Структура заготовок из сплава инконель 625, полученных электродуговой наплавкой и наплавкой с помощью электронного луча......................... 206 Саблина Т.Ю., Панченко М.Ю., Зятиков И.А., Пучикин А.В., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н. Исследование гидрофильности поверхности металлических материалов, модифицированных ультрафиолетовым лазерным излучением........................................................................................................................................................................... 218 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 234 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 243 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 05.12.2024. Выход в свет 16.12.2024. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 30,5. Уч.-изд. л. 56,73. Изд. № 165. Заказ 231. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 26 No. 4 2024 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 26 No. 4 2024 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Manikanta J.E., Ambhore N., Shamkuwar S., Gurajala N.K., Dakarapu S.R. Investigation of vegetable-based hybrid nanofl uids on machining performance in MQL turning........................................................................................... 6 Dama Y.B., Jogi B.F., Pawade R., Kulkarni A.P. Impact of print orientation on wear behavior in FDM printed PLA Biomaterial: Study for hip-joint implant...................................................................................................................... 19 GrinenkoA.V., ChumaevskyA.V., Sidorov E.A., Utyaganova V.R.,AmirovA.I., Kolubaev E.A. Geometry distortion, edge oxidation, structural changes and cut surface morphology of 100mm thick sheet product made of aluminum, copper and titanium alloys during reverse polarity plasma cutting...................................................................................... 41 Somatkar A., Dwivedi R., Chinchanikar S. Comparative evaluation of roller burnishing of Al6061-T6 alloy under dry and nanofl uid minimum quantity lubrication conditions............................................................................................... 57 Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Assessment of the quality and mechanical properties of metal layers from low-carbon steel obtained by the WAAM method with the use of additional using additional mechanical and ultrasonic processing..................................................................................................................................................... 75 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Yusubov N.D., Abbasova H.M. Systematics of multi-tool setup on lathe group machines............................................... 92 Toshov J.B., Fozilov D.M., Yelemessov K.K., Ruziev U.N., Abdullayev D.N., Baskanbayeva D.D., Bekirova L.R. Increasing the durability of drill bit teeth by changing its manufacturing technology......................................................... 112 Pospelov I.D. Investigation of the distribution of normal contact stresses in deformation zone during hot rolling of strips made of structural low-alloy steels to increase the resistance of working rolls..................................................... 125 Ablyaz T.R., Blokhin V.B., Shlykov E.S., Muratov K.R., Osinnikov I.V. Manufacturing of tool electrodes with optimized confi guration for copy-piercing electrical discharge machining by rapid prototyping method.......................... 138 MATERIAL SCIENCE Shubert A.V., Konovalov S.V., Panchenko I.A. A review of research on high-entropy alloys, its properties, methods of creation and application.................................................................................................................................................. 153 Syusyuka E.N., Amineva E.H., Kabirov Yu.V., Prutsakova N.V. Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine.......................................................................................................... 180 Dudareva A.A., Bushueva E.G., Tyurin A.G., Domarov E.V., Nasennik I.E., Shikalov V.S., Skorokhod K.A., Legkodymov A.A. The eff ect of hot plastic deformation on the structure and properties of surface-modifi ed layers after non-vacuum electron beam surfacing of a powder mixture of composition 10Cr-30B on steel 0.12 C-18 Cr-9 Ni-Ti............................................................................................................................................................................. 192 Boltrushevich A.E., Martyushev N.V., Kozlov V.N., Kuznetsova Yu.S. Structure of Inconel 625 alloy blanks obtained by electric arc surfacing and electron beam surfacing........................................................................................... 206 Sablina T.Y., Panchenko M.Yu., Zyatikov I.A., Puchikin A.V., Konovalov I.N., Panchenko Yu.N. Study of surface hydrophilicity of metallic materials modifi ed by ultraviolet laser radiation........................................................................ 218 EDITORIALMATERIALS 234 FOUNDERS MATERIALS 243 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 125 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков Иван Поспелов a, * Череповецкий государственный университет, пр. Луначарского, 5, г. Череповец, 162600, Россия a https://orcid.org/0009-0000-5974-5718, idpospelov@chsu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 4 с. 125–137 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-125-137 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.771.073 История статьи: Поступила: 23 августа 2024 Рецензирование: 16 сентября 2024 Принята к печати: 02 октября 2024 Доступно онлайн: 15 декабря 2024 Ключевые слова: Нормальные контактные напряжения Конструкционные низколегированные стали Очаг деформации Модуль упругости полосы Контактная прочность рабочих валков Благодарности Часть исследований выполнена в условиях ПАО «Северсталь». АННОТАЦИЯ Введение. В процессе эксплуатации рабочих валков чистовых групп непрерывных широкополосных станов горячей прокатки решающее влияние на их стойкость и прочность оказывают нормальные контактные напряжения, особенно при прокатке сортамента из низколегированных конструкционных сталей минимального диапазона толщин 5,5…2,0 мм, не соответствующего паспортным характеристикам таких станов. Предмет. Выполненные ранее исследования напряженно-деформированного состояния прокатываемой полосы в очагах деформации позволяют оценивать уровень нормальных контактных напряжений, действующих на рабочие валки при горячей прокатке полос из низкоуглеродистых сталей. В статье рассмотрены результаты исследования напряженного состояния полос из низколегированных конструкционных сталей при контакте с валками с учетом особенностей химического состава металла и изменения его упругих свойств в процессе деформации при температурах горячей прокатки. Полученные результаты примен имы к оценке контактной прочности рабочих валков чистовой группы прокатного стана. Цель работы. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из низколегированных конструкционных сталей для обеспечения высокой стойкости рабочих валков. Материал и методика исследований. Исследование построено на основе упругопластической модели и уравнений расчета нормальных контактных напряжений для каждого участка очага деформации. Подробно изучена специфика изменения модуля Юнга (модуля упругости) низколегированных конструкционных сталей в соответствии с определенными температурами горячей прокатки и проведена оценка контактной прочности высокохромистых чугунных рабочих валков. Результаты и их обсуждение. Получено достоверное уравнение регрессии для определения значений модуля упругости прокатываемой полосы в функции изменения температур горячей прокатки. Представлены результаты численного эксперимента в виде расчета максимальных нормальных контактных напряжений по упругопластической модели очага деформации. Получена оценка контактной прочности рабочих валков при осуществлении процесса горячей прокатки по реальным режимам на действующем стане. Предложены новые усовершенствованные технологические режимы горячей прокатки низколегированных конструкционных сталей 10ХСНД, 18ХГТ и 14Г2АФ, позволяющие снизить максимальные контактные напряжения и повысить стойкость рабочих валков. Для цитирования: Поспелов И.Д. Исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из конструкционных низколегированных сталей для повышения стойкости рабочих валков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 4. – С. 125–137. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.4-125-137. ______ *Адрес для переписки Поспелов Иван Дмитриевич, к.т.н., доцент Череповецкий государственный университет, пр. Луначарского, 5, 162600, г. Череповец, Россия Тел.: +7 963 353-53-71, e-mail: idpospelov@chsu.ru Введение Освоение технологии производства горячекатаных полос из конструкционных низколегированных сталей для сварных конструкций диапазона толщин 5,5…2,0 мм является приоритетной задачей развития современного листопрокатного производства. Одновременно с усложнением сортамента, не соответствующего паспортным характеристикам непрерывных широкополосных станов горячей прокатки, и с повышением требований к производительности оборудования необходимо уменьшать расходный коэффициент рабочих валков и увеличивать их стойкость, так как расходы на валки в структуре затрат прокатного передела достигают 15–20 % [1].
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 126 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Резервы повышения стойкости при эксплуатации рабочих валков станов горячей прокатки представлены в ряде работ [2–9] применительно к прямому влиянию температуры процесса горячей прокатки на возникающие в валках напряжения. Однако материалы указанных выше работ практически не учитывают особенности напряженно-деформированного состояния контакта полосы с рабочими валками [10–12]. В то же время использование методов расчета такого напряженно-деформированного состояния, основанных на упругопластической модели очага деформации [10–12], показало, что расчеты нуждаются в некоторых уточнениях. В материалах публикации [13] показано влияние различных диапазонов температур горячей прокатки и фактических химических составов сталей с содержанием углерода менее 0,25 % на упругие и пластические свойства полос, деформируемых на стане. В этой же работе [13] получен вывод о том, что длина упругих участков может достигать 32–40 % от общей длины очага деформации; ранее эта особенность не учитывалась. Описанные изменения структуры очагов деформации при производстве конструкционных низколегированных марок сталей минимального диапазона толщин 5,5…2,0 мм приводят к проблеме снижения стойкости рабочих валков в последних клетях непрерывных широкополосных станов горячей прокатки из-за увеличения нормальных контактных напряжений в очаге деформации. Как показали дальнейшие расчеты, они возрастают до опасного уровня 1068…1245 МПа, который характерен для станов холодной прокатки [10]. Эффективное решение проблемы повышения стойкости при эксплуатации рабочих валков на этапе разработки технологических режимов горячей прокатки на современных металлургических предприятиях необходимо начинать с надежных методов расчета энергосиловых параметров и напряженнодеформированного состояния полосы в контакте с рабочими валками [11–13]. Цель работы заключается в исследовании распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке полос из низколегированных конструкционных сталей в области обеспечения высокой стойкости рабочих валков. Задачи работы: дополнение методики расчета нормальных контактных напряжений при производстве низколегированных конструкционных углеродистых сталей; построение линейной регрессии в рамках расчета модуля упругости; исследование распределения нормальных контактных напряжений в очагах деформации при горячей прокатке с учетом особенностей их напряженно-деформированного состояния на основе имеющегося технологического режима; совершенствование технологии производства горячекатаных полос из низколегированных конструкционных сталей в чистовой группе широкополосного стана для обеспечения высокой стойкости рабочих валков; оценка эффективности разработанной методики и новых вариантов режимов горячей прокатки. Методика исследований На основе моделирования напряженно-деформированного состояния полосы при горячей прокатке [11–13] в табл. 1 указаны формулы расчета рх(hх) для упругих и пластических участков очага деформации. Длины таких участков обозначаются х1, х4 и х2, х3 соответственно. Формулы позволяют изучить и выявить закономерности изменения максимальных нормальных контактных напряжений р1 max, p4 max и px max, распределенных по длине очага деформации lc на рис. 1. Из табл. 1 видно, что расчет нормальных контактных напряжений px(hx) горячей прокатки полосы при известных значениях абсолютного обжатия Δhi = hi–1 – hi и удельных межклетевых натяжений σi–1 и σi напрямую зависит от правильного определения модуля упругости ЕП, коэффициента трения в очаге деформации μi и фактического сопротивления пластической деформации σпл. Особенности определения значений μi и σпл в зависимости от деформационно-скоростных параметров, материала рабочих валков и химического состава прокатываемой стали при горячей прокатке представлены в работах [12–14]. Особый интерес для исследования при прокатке конструкционных низкоуглеродистых сталей представляет изменение модуля упругости полосы ЕП при температурах 1050…750 °С, имеющих место в чистовых клетях станов горячей прокатки. Для сталей 14Г2АФ, 18ХГТ
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 127 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Формулы расчета нормальных контактных напряжений px(hx) Formulas for calculating normal contact stresses px(hx) Первый упругий участок длиной х1 / The fi rst elastic section with a length of х1 Второй упругий участок длиной х4 / The second elastic section with a length of х4 1 1 1 1 2 1,15 1 x x i i i h p E h − − − ⎧ ⎛ ⎞ ⎪ = − + ⎨ ⎜ ⎟ δ δ + ⎪ ⎝ ⎠ ⎩ Ï 1 1 1 1 1 1 1 , ( 1) 1,15 i i i i x i i h h E − δ − − − − − ⎫ ⎛ ⎞ ⎡ ⎤ δ − σ ⎪ + − ⎬ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ δ + + δ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦⎪⎭ Ï где tg 1 2 i i − μ δ = ⎛ α ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ Ï 1 2 1,15 1 x x i i i h p E h ⎧ ⎛ ⎞ ⎪ = − + ⎨ ⎜ ⎟ δ δ + ⎪ ⎝ ⎠ ⎩ Ï 1 , ( 1) 1,15 i i i i x i i h h E δ ⎫ ⎛ ⎞ ⎡ ⎤ δ − σ ⎪ + − ⎬ ⎜ ⎟ ⎢ ⎥ δ + δ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦⎪⎭ где tg ( ) i i μ δ = β Пластический участок / Plastic section ( ) ( ) tg tg 1 1 1 1 1 ( ) 0,5 0,5 1,15 1 ln ( ) ln ( ) ( ) 1,15 2 2 x n x x n n h h h p p h h h h h h ⎡ ⎤ ⎛ ⎞ ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ − ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ = σ + + + − + ⎢ α α ⎥ − ⎜ − ⎟ σ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎥ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦ ⎣ ïë ô и 10ХСНД, выбранных для дальнейших расчетов нормальных контактных напряжений при прокатке и оценки стойкости рабочих валков чистовой группы непрерывного широкополосного стана «2000» ПАО «Северсталь», зависимость ЕП от температуры по справочным данным [15] имеет вид, показанный на рис. 2. Для оценки контактной прочности рабочих валков при прокатке использовали стандартные методы расчета, предназначенные для всех деталей машин. Чтобы применить эти общепринятые методы к чугунным валкам прокатных станов, выполнили корректировку по формуле допускаемых напряжений для схемы сжатия из работы [16]: B [ ] 1,5 σ = σ , (1) где B σ – предел прочности при сжатии материала рабочих валков, МПа. Результаты и их обсуждение Для использования данных рис. 2 в дальнейших расчетах контактных напряжений в очагах деформации была выполнена линейная аппроксимация зависимости модуля упругости (модуля Юнга) ЕП от температуры применительно к горячей прокатке полос, и получено уравнение с коэффициентом детерминации R2 = 0,9869 и расчетным значением критерия Фишера: 2,1778 0, 0011i Å t = − Ï , (2) где ti – температура прокатываемой полосы в i-й клети стана, °С. Значение критерия Фишера больше табличного, поэтому представленное уравнение линейной регрессии (2) значимо и дает точный и достоверный прогноз. Для исследования распределения нормальных контактных напряжений при контакте полосы с рабочими валками использовали реальный технологический режим прокатки полосы из стали 10ХСНД толщиной 2,1 мм и шириной 1270 мм в чистовой семиклетевой группе стана «2000» ПАО «Северсталь» в наиболее загруженных во время горячей прокатки клетях (№ 7, 9 и 11 соответственно). При исследовании напряжений применили описанные выше особенности горячей прокатки низколегированных конструкционных сталей и расчетные формулы из
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 4 2024 128 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 1. Схема распределения нормальных контактных напряжений в очаге деформации при горячей прокатке: 1 – деформируемая полоса; 2 – рабочий валок; hi–1, hi – толщина полосы до и после прокатки, мм; h1, h4 – толщина полосы на границах первого и второго упругих участков, мм; hn – толщина в нейтральном сечении, мм; x1, x4 – длины упругих участков, мм; x2, x3 – длины пластических участков отставания и опережения, мм; τi – контактные касательные напряжения, МПа; рi – нормальные контактные напряжения, МПа; α – угол захвата полосы; β – угол наклона очага деформации на втором упругом участке, град; σi–1, σi – заднее и переднее натяжения, МПа Fig. 1. Distribution pattern of normal contact stresses in the deformation zone during hot rolling: 1 – deformable strip; 2 – working roll; hi–1, hi – thickness of the strip before and after rolling, mm; h1, h4 – thickness of the strip at the boundaries of the fi rst and second elastic sections, mm; hn – thickness in neutral section, mm; x1, x4 – lengths of elastic sections, mm; x2, x3 – lengths of the plastic sections of lag and advance, mm; τi – contact tangential stresses, MPa; рi – normal contact stresses, MPa; α – angle of nip of the strip; β – angle of inclination of the deformation zone on the second elastic section, deg; σi–1, σi – back and front tensions, MPa табл. 1. Целевой химический состав указанной марки стали, ее технологический режим прокатки, структурные параметры очагов деформации и расчетные значения нормальных контактных напряжений в вышеуказанных клетях представлены в табл. 2. На рис. 3 схематично показаны распределения максимальных нормальных контактных напряжений на пластическом участке в 7, 9 и 11-й клетях при горячей прокатке полосы по указанному режиму в табл. 2. Данный пластический участок целиком состоит из зоны прилипания [11–13]. Из расчетных значений табл. 2 и рис. 3 видно, что максимальные значения контактных напряжений px max действуют на пластическом участке очага деформации в зоне отставания длиной х2 (рис. 1) рядом с нейтральным сечением, а также видно незначительное снижение таких напряжений до максимальных значений р4 maх на границе пластического и второго упругого участка. Учитывая изложенное, при определении напряженно-деформированного состояния полосы в контакте с рабочими валками, особенно при расчете х4 и р4 maх, необходимо учитывать
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 129 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Рис. 2. Изменение модуля упругости низколегированных конструкционных сталей в зависимости от температуры испытаний Fig. 2. Change in the modulus of elasticity of low-alloy structural steels depending on the test temperature Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Химический состав стали 10ХСНД, технологический режим прокатки и результаты расчета структурных параметров очага деформации и нормальных контактных напряжений Chemical composition of 0.1 C-Cr-Si-Ni-Cu steel, rolling process condition and the results of calculating the structural parameters of the deformation zone and normal contact stresses Химический состав, % / Chemical composition, % С Si Mn Cr Mo Ni Al Cu Nb Ti V 0,102 0,87 0,55 0,63 0,05 0,53 0,016 0,46 0,001 0,003 0,002 Клеть № / Rolling stand No. 7 9 11 Толщина за клетью hi, мм / Outgoing thickness hi, mm 10,43 3,99 2,33 Относительное обжатие εi, % / Percentage reduction εi, % 48,16 34,27 19,09 Заднее натяжение σi–1, МПа / Back tension σi–1, MPa 20 30 40 Переднее натяжение σi, МПа / Front tension σi, MPa 30 30 40 Скорость прокатки υi, м/с / Rolling speed υi, m/s 2,3 5,76 10,36 Температура полосы ti, °С / Strip temperature ti, °С 1024 984 939 Коэффициент трения μi / Coeffi cient of friction μi 0,418 0,295 0,24 Сопротивление пластической деформации σпл, МПа / Plastic resistance σpl, MPa 167 239,9 315,1 Модуль Юнга рабочих валков ЕВ, МПа / Young’s modulus of working rolls ЕR, MPa 205 000 185 000 185 000 Модуль Юнга полосы ЕП, МПа / Young’s modulus of strip ЕS, MPa 105 165 109 497 114 494 Усилие прокатки Рi, MH / Roll force Рi, MN 33,46 23,13 19,97 Длина очага деформации lc, мм / Length of deformation zone lc, mm 63,8 29,56 26,76 Длина упругого участка x4, мм / Length of elastic section х4, mm 4,85 6,31 8,18 Максимальные нормальные контактные напряжения р1 max, МПа / Maximum normal contact stresses р1 max, MПa 172,6 247,1 327,7 Максимальные нормальные контактные напряжения на пластическом участке рх max, МПа / Maximum normal contact stresses on the plastic section рх max, MPa 332,5 645,9 1067,7 Нормальные контактные напряжения в нейтральном сечении рn max, МПа / Normal contact stresses in the neutral section рn max, MPa 328,5 643,3 1066,9 Максимальные нормальные контактные напряжения р4 max, МПа / Maximum normal contact stresses р4 max, MPa 190,5 378,9 798,3
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1