КРИТЕРИЙ КОРОБЛЕНИЯ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ СИММЕТРИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

В процессе термической обработки изменение температуры всегда происходит неравномерно по объему изделия. При этом возникают термические (в более холодных зонах – растягивающие, а в более нагретых – сжимающие) и фазовые напряжения. Теория термической обработки материалов утверждает, что при симметричном нагреве или охлаждении однородных изделий простой формы термические напряжения оказываются распределенными симметрично, изгибающий момент равен нулю, изменения формы (коробление, поводки) возникать не должны. При определенных условиях коробление возможно при симметричном нагревании или охлаждении однородного симметричного объекта. Во время изменения температуры внутри изделия возникают области с макронапряжениями растяжения и сжатия. Возникающие нормальные напряжения создают две скомпенсированные силы (растяжения и сжатия). Как известно из теории сопротивления материалов, если сжимающая сила превышает критическую, то даже при симметричном распределении напряжений происходит потеря устойчивости сжатия (коробление объекта). Следовательно, получаем безразмерный критерий, при превышении критического значения которого (для пластины – 2,6, для стержня – 2,2) появляется опасность неконтролируемого изменения формы (коробления) даже при абсолютно симметричном нагреве или охлаждении в ходе термической обработки. Эксперимент подтвердил проведённые теоретические оценки. Опасность такого коробления следует учитывать при назначении режимов термической обработки симметричных изделий (листов, полос, дисков, стержней).

1. Новиков И.И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловедение, термообработка и рентгенография. Москва: МИСиС, 1994. 480 с.

2. Liu Z., Xie Y., Ye X., Wang J., Liu, B. Numerical and experimental study of electromagnetic induction heating process for bolted flange joints // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C // Journal of Mechanical Engineering Science. 2021. Vol. 235. No. 22. P. 6357–6369. https://doi.org/10.1177/ 09544062211007162

3. Капуткин Д.Е., Дураджи В.Н., Капуткина Н.А. Ускоренное диффузионное насыщение поверхности металлов при электро-химико-термической обработке // Физика и химия обработки материалов. 2020. № 2. С. 48–57.

4. Safronov I.S., Neplueva A.A., Ushakov I.V. Mechanical Properties of Laser Treated Thin Sample of an Amorphous-Nanocrystalline Metallic Alloy Depending on the Initial Annealing Temperature // Defect and Diffusion Forum. 2021. Vol. 410. P. 489–494. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.489

5. Safronov I.S., Ushakov I.V., Minaev V.I. Influence of environment at laser processing on microhardness of amorphous-nanocrystalline metal alloy // Materials Science Forum. 2022. Vol. 1052. P. 50–55. https://doi.org/10.4028/p-wjsns4

6. Naterer G. F. Advanced heat transfer. CRC Press. 2021. 555 р. https://doi.org/10.1201/ 9781003206125

7. Boley B.A., Weiner J.H. Theory of Thermal Stresses. Dover Publications. 2012. 820 р.

8. Kaputkina L.M., Kaputkin D.E. Structure and phase transformations under quenching and tempering during heat and thermomechanical treatment of steels // Materials Science Forum. 2003. Vol. 426-432. P. 1119–1126. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.426-432.1119

9. Kaputkin D.E., Kaputkina L.M., Prokoshkin S.D. Transformation of retained austenite during tempering of high carbon steel // Journal de Physique IV. 2003. Vol. 112. P. 275–278. https://doi.org/10.4028/www. scientific.net/MSF.426-432.1119

10. Казяев М.Д., Самойлович Ю.А., Палеев В.С. Математическое моделирование напряжённого состояния в рабочих валках холодной прокатки при ускоренном нагреве в камерной печи // Известия вузов. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 9. С. 696 – 702. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-9-696-702

11. Yang J.-A., Shen H.-F. Internal shrinkage crack in a 10 T water-cooled steel ingot with a large height-to-diameter ratio // China Foundry. 2021. Vol. 18. No. 2. P. 110–117. https://doi.org/10.1007/s41230-021-0141-8

12. Liu F., Deng L., Zhou H. Residual Stress and Warpage Simulation. In: Computer Modeling for Injection Molding. 2013. P. 157–193. https://doi.org/10.1002/9781118444887.ch6

13. Chang R.Y., Tsaur B.D. Experimental and theoretical studies of shrinkage, warpage, and sink marks of crystalline polymer injection molded parts // Polymer Engineering and Science. 1995. Vol. 35. No. 15. P. 1222–1230. https://doi.org/10.1002/pen.760351505

14. Борздыка А.М., Гецов Л.Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах. Москва: Металлургия, 1972. 304 с.

15. Mirković N., Brajović L., Popović Z., Todorović G., Lazarević L., Petrović M. Determination of the temperature stresses in CWR based on measured rail surface temperatures // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 284. P. 122713. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122713-122727

16. Gaikwad K.R., Khavale S.G. Fractional order transient thermoelastic stress analysis of a thin circular sector disc // International Journal of Applied Thermodynamics. 2022. Vol. 25. No. 1. P. 1–8. https://doi.org/10.5541/ijot.820828

17. Kim Chai Hwan. Determination of Calibration Constants on Measurement of the Residual Stress for Polymeric Molded Parts // Fibers and Polymers. 2022. Vol. 23. No. 4. P. 878–881. https://doi.org/10.1007/s12221-022-4571-8

18. Mungle N. Thermal modelling of thin triangular plate // JP Journal of Heat and Mass Transfer. 2021. Vol. 23. No. 1. P. 113–125. https://doi.org/10.17654/HM023010113

19. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материало-ведение. Москва: Машиностроение. 1990. 528 с.

20. Биткина О.В. Экспериментальное исследование влияния технологических факторов на формоизменение много-слойных панелей из композиционных материалов // Вестник Самарского Государственного Технического Университета. Серия: Технические науки. 2013. № 1 (37). С. 99–110.

21. Li Q., Hou P., Shang S., Xu D. Three-dimensional thermal-stress analysis of transversely isotropic double-layer plate based on Green’s functions // International Journal of Mechanical Sciences. 2022. Vol. 227. P. 107431. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci. 2022.107431

22. Зверяев Е. М. Температурная деформация длинной упругой полосы // Вестник Рос-сийского Университета Дружбы Народов. Серия: Инженерные исследования. 2021. Т. 22. № 3. С. 293–304.

23. Cui T., Xiao G., Yan H., Zhang Y., Wang J.-Q. Numerical simulation and analysis of the thermal stresses of a planar solid oxide electrolysis cell // International Journal of Green Energy. 2022. P. 1–13. https://doi.org/ 10.1080/15435075.2022.2065881

24. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. Москва: Металлургия, 1978. 248 с.

25. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. Москва: Металлургия, 1979. 496 с.

26. Феодосьев В.И. Сопротивление мате-риалов. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 592 с.