METAL 2001
15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic
SUPERPOZICE STŘÍDAVÉHO ELEKTRICKÉHO A MAGNETICKÉHO POLE PŘI PLASTICKÉ DEFORMACI Petr Tomčíka Jiří Hrubýb a) VŠB-TUO: Kat. 345 MTVC, 17. listopadu 15, Ostrava-Poruba, ČR,
[email protected] b) VŠB-TUO: Kat. 345 MTVC, 17. Listopadu, 15 Ostrava-Poruba, ČR,
[email protected] Abstrakt
This paper deals with influence of AC electric field superposition in the normal direction to ac magnetic field on cold forming process of the steel. Influence of AC electric field superposition in the normal direction to AC magnetic field on cold forming process in terms of changes of flow stress. Decline of flow stress is caused by changes of all sorts of energy, which are related with the change of structure of magnetic domains and processes in electron gas. The transit of the electric corpuscle through the lattice breaks the balance in the system of the cations and electron gas [1]. This process is characterised by oscillation of dislocations as a result of magnetostriction. The process is at the same time characterised by the electric field in consequence of the change of the vector of magnetic flux density in time. The elektromagnetic volume power resulting from relation between electric flux density and magnetic flux density will appear in the tested workpiece. The process is further characterised by the mechanical stress resulting from the magnetostriction. 1.
EXPERIMENT Zkoušky tahem byly prováděny na hydraulickém lisu ZD 40, osazeného tenzometrickým snímačem sil, snímačem dráhy, hardwarem a softwarem pro vyhodnocení experimentu. Zkouška probíhala při nastaveném předpětí 150 N. Kritéria pro ukončení zkoušky byly: • pokles sily o 30 % • dosažení síly 100 kN 1.1 Zkušební vzorky Zkušební vzorky měly tvar drátu o φ 4 mm a délce 400mm. Vzorky byly vyrobeny tažením drátu φ 5,5 mm na φ 4 mm a vyžíhány na měkko. Materiálem vzorku byla mikrolegovaná ocel 23MnB4. Chemické složení a mikrostruktura viz např. [2]. 1.2 Zkušební zařízení Rámcově se zkušební zařízení skládá ze tří okruhů: • Magnetický okruh • Elektrický okruh • Chladící okruh
-1-
METAL 2001
15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic mV
mV 6 8
5
7 4
V
11
3 10 9
2
1
13
12
14
Obr.1. Schéma experimentálního zařízení.
1-frekvenční generátor, 2-invertor, 3-zesilovač PA2000Bm, 4-transformátor, 5-měřící bočník v magnetickém okruhu, 6-ladicí dekáda zapojená v magnetickém okruhu, 7- měřící bočník v proudovém okruhu, 8-zkoušený drát, 9-kartáče zajišťující přenos signálu ze sekundárního vinutí do vzorku, 10-selenoid, 11-čerpadlo chladícího okruhu, 12-ventilátor, 13-chladič, 14vnější magnetický plášť selenoidu. Na obrázku 1. je vidět schéma experimentálního zařízení, které bylo navrženo a sestaveno pro zkoušení vzorků ve tvaru drátu zkouškou tahem. Experimentální zařízení používá jako zdroje zesilovač PA2000Bm: 2.
NAMĚŘENÉ VÝSLEDKY V tabulce 1 a 2 jsou porovnány silové a napěťové veličiny získané měřením. V prvním řádku jsou uvedeny veličiny získané pro vzorky kde zkouška tahem proběhla za působení superpozice střídavého elektrické pole připojené ve směru normály na střídavé magnetické pole, v druhém pak pro měření bez působení polí, v posledním řádku je pak uvedený rozdíl tučně v procentech. Tab.1 Silové a napěťové veličiny pro rychlost deformace v1 Fm [kN]
Rm [MPa]
Fb [kN]
Rb [MPa]
Fp0,2 [kN]
Rp0,2 [MPa]
Ovliv. superpozicí
5,41
430,9
4,15
330,03
3,58
284,95
Bez ovlivnění
5,74
456,58
4,42
352,06
3,71
295,4
Rozdíl
5,75
5,62
6,11
6,26
3,5
3,54
[%]
[%]
[%]
[%]
[%] [%] *) v tabulkách jsou uvedeny střední hodnoty
-2-
METAL 2001
15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic
Tab.2 Silové a napěťové veličiny pro rychlost deformace v2 Fm [kN]
Rm [MPa]
Fb [kN]
Rb [MPa]
Fp0,2 [kN]
Rp0,2 [MPa]
Ovliv. superpozicí
5,26
418,87
4,02
319,72
3,57
285,01
Bez ovlivnění
5,59
444,71
4,29
341,28
3,70
295,62
Rozdíl
5,9
5,81
6,29
6,32
3,51
3,58
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
Fm je síla na mezi pevnosti, Rm je mez pevnosti, Fb je síla při přetržení, Rb je napětí při přetržení, Fp0,2 je síla odpovídající mezi kluzu Rp0,2 Na obr. 2 vidíme rozložení středních hodnot tažnosti v ose vzorků souboru ovlivněných superpozici střídavého elektrické pole připojené ve směru normály na střídavé magnetické pole, kde šedý sloupec označuje usek vzorku mezi ryskami kde zpravidla docházelo k lomu. Graf je orientován tak, že nalevo leží horní tedy pohyblivá čelist a vpravo spodní tedy pevná. Na obr. 3 je rozložení středních hodnot tažnosti v ose vzorků souboru neovlivněných superpozici. Orientace grafu z pozice čelisti je stejná jako na obr. 2. Oba grafy jsou pro rychlost v1. Pro vyšší rychlost v2 jsou pak grafy na obr. 4 a 5. Jako doplňující měření ještě bylo provedeno zjištění rozložení vektoru magnetické indukce podél osy vzorku viz obr. 6.
tažnost [%]
rozložení tažnosti v ose vzorku v ose ovlivněných superpozicí pro v1 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
čísla elementu vynesených na vzorek, délka elementu byla 20mm před deformací
obr. 2 rozložení střední hodnoty tažnosti v ose vzorků souboru ovlivněných superpozici pro rychlost v1. V oblasti elementu č. 12 docházelo zpravidla k lomu
-3-
METAL 2001
15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic
tažnost [%]
rozložení tažnosti v ose vzorku neovlivněných superpozicí pro v1 60 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
čísla elementu vynesených na vzorek, délka elementu byla 20mm před deformací
obr. 3 rozložení střední hodnoty tažnosti v ose vzorků souboru neovlivněných superpozici pro rychlost v1. V oblasti elementů č. 3 , 4 docházelo zpravidla k lomu
tažnost [%]
rozložení tažnosti v ose vzorku ovlivněných superpozicí pro v2 40 30 20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
čísla elementu vynesených na vzorek, délka elementu byla 20mm před deformací
obr. 4 rozložení střední hodnoty tažnosti v ose vzorků souboru ovlivněných superpozici pro rychlost v2. V oblasti elementů č. 11 docházelo zpravidla k lomu
tažnost [%]
rozložení tažnosti v ose vzorku neovlivněných superpozicí pro v2 60 40 20 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14
čísla elementu vynesených na vzorek, délka elementu byla 20mm před deformací
obr. 5 rozložení střední hodnoty tažnosti v ose vzorků souboru neovlivněných superpozici pro rychlost v2. V oblasti elementů č. 4 docházelo zpravidla k lomu
-4-
METAL 2001
15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic
rozložení vektoru mag. indukce v ose vzorku
B [T]
1,50 1,00 0,50 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 čísla elementu vynesených na vzorek, délka elementu byla 20mm
obr.6 rozložení vektoru magnetické indukce v ose vzorku 3. INTERPRETACE VÝSLEDKŮ–ZÁVĚR Při srovnávání naměřených výstupů je třeba vzít v úvahu skutečnost, že deformace v případě neovlivněného materiálu probíhala za výhodnějších podmínek, zejména menší intenzitou ochlazování vzorků a neexistenci vnějšího tření, které by brzdilo povrchové vrstvy materiálu a způsobovalo by tak nerovnoměrnost plastické deformace. Srovnáváme-li silové a napěťové veličiny pak můžeme hovořit o jejich poklesu v případě vzorků ovlivněných superpozici střídavého elektrické pole připojené ve směru normály na střídavé magnetické pole. Konkrétně sila na mezi pevnosti poklesla o 5,75%, síla při přetržení o 6,11% a sila odpovidající Rp0,2 o 3,5%. Obdobných výsledků bylo dosaženo i pro vyšší rychlost v2. Myslíme si, že se lze důvodně domnívat, že kdyby deformace probíhala za srovnatelných podmínek byly by tyto rozdíly ještě vyšší ve prospěch souboru dat naměřeném pro superpozici ovlivněné vzorky. Srovnáváme-li naměřené tažnosti pak dospějeme k názoru, že tažnost neovlivněného souboru superpozicí je asi 2% vyšší než u souboru ovlivněného. Toto platí pro obě naměřené rychlosti. Opět se lze domnívat, že kdyby deformace probíhala za srovnatelných podmínek byla by tažnost souboru dat naměřených pro superpozici ovlivněné vzorky přinejmenším stejná velmi pravděpodobně vyšší. Při pohledu na obr. 2, 3, 4, 5 vidíme experimentálně potvrzený fakt, že působením superpozice střídavého elektrické pole připojené ve směru normály na střídavé magnetické pole byl iniciován stabilní plastický tok při nižším napětí v oblasti s nepříznivými třecími parametry a která byla intenzivně chlazena, zatím co v případě měření bez působení superpozice zde plasticky tok nevznikl ani při vyšším napětí. LITERATURA [1] LIFŠIC, I., M., KAZANOV., M., I.,TANATAREV, L., V., K teorii radiocinnych izměněnij v metalach. Atom. Energija, 1959, T. 6, c.391-402. [2] Tomčík, P., Hrubý, J. Vliv superpozice střídavého elektrického pole a střídavého magnetického pole na plastickou deformaci oceli za studena. VŠB–TUO, 2001.
-5-
