Обработка металлов давлением

В результате освоения материалов данного раздела студенты должны:

знать

• • основные параметры технологического процесса обработки металлов давлением;
• • способы получения машиностроительных заготовок;
• • влияние схем напряженно-деформированного состояния на пластические свойства материалов;

уметь

• • назначать параметры режимов холодной и горячей обработки давлением;
• • выбирать вид обработки давлением;

владеть

• навыками работы на оборудовании для обработки металлов давлением.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Понятие о механизме пластического деформирования при обработке давлением

Формообразование обработкой давлением основано на способности заготовок из металлов и других материалов изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Обработка давлением — один из прогрессивных, экономичных и высокопроизводительных способов производства заготовок в машинои приборостроении. Почти 90% всей выплавляемой стали и 60% цветных металлов и сплавов подвергают тем или иным способам обработки давлением — прокатке, прессованию, волочению, ковке, объемной или листовой штамповке.

Обработкой давлением могут быть получены заготовки или детали из материалов, обладающих пластичностью, т. е. способностью необратимо деформироваться без разрушения под действием внешних сил. Нарушение сплошности строения материала деформируемой заготовки в большинстве случаев недопустимо и приводит к браку.

Установлено, что в монокристаллах пластическая деформация происходит под действием касательных напряжений, вызывающих скольжение атомарных плоскостей друг относительно друга — явление сдвига. Плоскости скольжения характеризуются наиболее плотной упаковкой атомов в направлениях, по которым межатомные расстояния минимальны. Поэтому сдвиг атомов в этих плоскостях приводит к минимальным нарушениям правильности их расположения, а следовательно, смещение может быть осуществлено при наименьших напряжениях. Чем больше таких плоскостей в кристаллитах, тем более пластичен металл. Одной из главных причин, определяющих плоскости скольжения, является наличие в них дислокаций. Перемещаясь под действием сил вдоль плоскости скольжения последовательно за счет единичных перемещений атомов, дислокации способствуют снижению напряжений, при которых начинается процесс пластического деформирования и, кроме того, существенно увеличивают пластичность металла. После окончания процесса скольжения по одной или нескольким плоскостям, что означает, как правило, выход дислокаций, расположенных в этих плоскостях, за границу кристаллита, начинается процесс скольжения в других плоскостях, где сопротивление было более высоким. Усилие деформирования будет возрастать по мере включения в процесс скольжения новых плоскостей с все более высоким уровнем сопротивления движению дислокаций.

Таким образом, механизм пластического деформирования скольжением при обработке давлением можно представить как лавинообразный процесс движения дислокаций вдоль плоскостей скольжения под влиянием сдвиговых напряжений (см. гл. 1).

Другой механизм пластического деформирования — двойникование, или двойниковый сдвиг, — чаще всего встречается в металлах и сплавах, имеющих гексагональную или объемно-центрированную кубическую решетку. В отличие от обычного сдвига двойниковый совершается только раз и нс приводит к значительным пластическим деформациям. Однако вместе с ним появляются дополнительные очаги сдвиговой деформации по механизму обычного скольжения (подробнее см. гл. 1).

Именно возможностью сочетания двойникования и сдвига объясняется высокая пластичность меди, аустенита, серебра, латуни, цинка, магния и др.

Процессы, происходящие при деформировании поликристаллических тел, в которых кристаллиты разделены границами и имеют плоскости скольжения, различно ориентированные в пространстве, значительно более сложны, так как в поликристаллическом геле деформация одного отдельно взятого зерна практически невозможна. Любое перемещение атомов в результате скольжения или двойникования обязательно вызывает соответствующие групповые перемещения по границам зерен или в самих соседних зернах.

1Механизм деформирования г i о л и кр и сталл и чес ко го тела при обработке давлением можно представить в такой последовательности. Вначале иод действием приложенных сил начинается сдвиговая пластическая деформация в зернах, плоскости скольжения которых совпадают с направлением вектора максимальных касательных напряжений или близки к нему, а также по плоскостям, плотность дислокаций в которых максимальна. Затем в процесс последовательно включаются плоскости, сопротивление сдвигу которых более высокое. Одновременно происходят смещение и поворот соседних зерен, т. е. переориентация их в пространстве и, но отношению к действующим силам. Зерна, переориентированные в положения, благоприятные для деформирования, включаются в этот процесс, вызывая поворот других, соседних с ними зерен, и т. д.

Одновременно со сдвигом протекают и процессы двойпикования. В результате структура металла, подвергнутого значительным.

пластическим деформациям, характеризуется вытянутыми зернами, ориентированными в направлении интенсивного течения металла (рис. 17.1).

Рис. 17.1. Схема развития пластической деформации и переориентировка зерен:

1 — строчки; 2 — волокна.

Структура приобретает «строчечное строение». Границы зерен образуют вытянутые волокна, а зерна приобретают вид строчек.

В результате в направлении деформации показатели прочности и пластичности существенно повышаются.