Обработка металлов давлением

Упругая и пластическая деформация металлов

Обработка металлов давлением (ОМД) основана на использовании пластичности металлов, т. е. на их способности воспринимать иод действием внешних сил остаточную деформацию без нарушения целостности материала заготовки.

Все процессы ОМД можно условно разделить на две группы:

• 1) процессы, завершающие металлургический цикл (прокатка, прессование, волочение);
• 2) процессы производства заготовок (ковка, объемная штамповка, листовая штамповка).

В результате механического воздействия на кристаллическое тело происходит повышение потенциальной энергии кристаллической решетки, атомы отклоняются от положения устойчивого равновесия, в результате чего происходит деформация (изменяются размеры тела). Стремление атомов кристаллической решетки вернуться в исходное состояние приводит к напряженному состоянию деформируемого тела. После удаления воздействия напряженное состояние тела исчезает, атомы стремятся вернуться в исходное состояние.

Упругая деформация. Если после снятия нагрузки размеры тела восстанавливаются, то деформация называется упругой. В этом случае зависимость «напряжение — деформация» выражается законом Г ука.

где, а — нормальное напряжение; Е — модуль продольной упругости; 8 — деформация.

При дальнейшем увеличении напряжений (выше предела пропорциональности) кроме упругой деформации происходит пластическая (необратимая) деформация. Следовательно, при пластическом деформировании тела существует его частичное упругое восстановление — пружинение.

Пластическая деформация поликристалла происходит в результате скольжения внутри зерен, а также за счет направленного перемещения атомов, поворота и относительного перемещения зерен.

Скольжение — необратимое перемещение атомов внутри кристалла иод действием сдвигающего напряжения. Скольжение происходит по плоскости (плоскость скольжения), включающей в себя наибольшее число атомов кристалла.

Деформационное упрочнение, сопровождающее пластическую деформацию, есть процесс, при котором изменяются структура и свойства металла. Зерна вытягиваются в направлении наибольшей деформации растяжения, структура становится волокнистой, происходит процесс упорядочивания расположения зерен (текстура), появляется анизотропия свойств. Прочность на растяжение и сжатие вдоль волокон больше, чем поперек, а сопротивление поперечному срезу больше, чем сопротивление продольному срезу.

Пластическое деформирование сопровождается накоплением дефектов, что является причиной повышения твердости, прочности и уменьшения пластичности.

Возврат металлов. Если упрочненное тело нагреть, то произойдет процесс, обратный упрочнению, — разупрочнение. При этом деформированный металл (или сплав) частично восстановит свои структуру и свойства. Такой процесс называется возвратом штатов.

Температура возврата (Т_н) определяется по формуле.

гдеГ_пл — температура плавления, К.

При нагреве до температуры возврата уменьшаются остаточные напряжения, увеличивается пластичность, незначительно уменьшается твердость. Полное разупрочнение наступает при рекристаллизационном отжиге. Для обычных металлов температура начала кристаллизации (Г_{н к}) составляет.

Если температура, при которой происходит пластическая деформация (Т"), меньше температуры возврата, то возврата не происходит. Такую деформацию называют холодной. Если Т _к < < Т_п< Г_|1К, то происходит только возврат, и такую деформацию называют теплой. Деформацию называют горячей при Т_п = Т_ИК, когда происходит и возврат, и рекристаллизация.