4.1.2. Фактори, що впливають на пластичність металу

На пластичність металу впливають: температура, хімічний склад і структура, швидкість деформування та напружений стан.

Температура — найсильніший чинник, оскільки з її змі­ною змінюється фазовий склад, величина зерен, механізми пластичного деформування. Переважно з підвищенням темпера­тури пластичність металу збільшується, а опір деформуванню зменшується. Проте для вуглецевих сталей в межах температур 100...300 °С і температур фазових перетворень 727...900 °С плас­тичність зменшується внаслідок виділення дрібних карбідів під час деформування в площинах ковзання і внаслідок появи но­вих фаз. Подальше істотне збільшення температури різко змен­шує пластичність спочатку через надмірний ріст зерен (явище перегріву), а відтак внаслідок оксидації границь зерен (явище перепалу). Докладніше про перегрів і перепал див. п. 2.8.2.

Хімічний склад і структура матеріалу. Найбільшу плас­тичність мають чисті метали, а меншу — їх сплави. Звичайно однофазові сплави зі структурою твердих розчинів пластичніші, ніж багатофазові, а тверді розчини пластичніші від хіміч­них сполук. Наприклад, відомо, що з підвищенням вмісту вуг­лецю в сталях збільшується масова частка дуже твердої фази — цементиту, внаслідок чого пластичність сталі поступово змен­шується. Вуглецеві сталі, що містять понад 1,5 % вуглецю, практично не обробляються тиском. Знижує пластичність вуг­лецевих сталей кремній і незначною мірою марганець. Біль­шість легувальних елементів, за винятком нікелю й ванадію, зменшують пластичність сталей. Істотно впливають на їх плас­тичність шкідливі домішки (сірка, фосфор, свинець), тверді неметалеві вкраплення й гази (кисень, водень, азот). Сталям з підвищеним вмістом сірки властива червоноламкість (див. п.2.6.2), тобто схильність до крихкого руйнування під час гаря­чого деформування. Фосфор під час холодного деформування при низьких температурах спричинює крихке руйнування (яви-

ще холодноламкості). Кисень утворює оксиди Fe₃0₄, Fe₂0₃ і FeO, азот — нітриди Fe₂N і Fe₄N, а водень призводить до виникнен­ня флокенів (див. п.2.6.2). Оксиди, нітриди й флокени знижу­ють пластичність сталей.

З підвищенням швидкості деформування під час гарячої обробки тиском пластичність зменшується через відставання знеміцнення від зміцнення. Швидкість деформування — це зміна значення деформації за одиницю часу. Вплив швидкості дефор­мування на пластичність доцільно розглядати разом з впливом температури.

Напружений стан у малому об'ємі заготовки визначають головні напруження, що діють у трьох взаємно перпендикуляр­них напрямах на гранях елементарного куба, на яких немає дотичних напружень. Метал стає пластичнішим зі збільшен­ням напружень стиску й зменшенням напружень розтягу.

4.1.3. Температурний інтервал гарячої обробки тиском

Температурним інтервалом гарячої обробки тиском

називають діапазон температур початку й кінця обробки, в ме­жах якого метал чинить мінімальний опір деформуваню й не схильний до перегріву й перепалу. Нагріваючи метал, можна максимально збільшити його пластичність і знизити опір дефор­муванню. Для вуглецевих сталей верхню температуру нагрівання t_B (рис. 4.1.1) вибирають так, щоб не допустити їх перегріву й перепалу. Вона на 100...200 °С нижча від лінії солідуса AHJE. Найпластичнішими структурами вуглецевих сталей є аустеніт і ферит. Під час обробки нагріта заготовка, контактуючи з ін­струментом та атмосферою, поступово остигає і втрачає пластич­ність. Закінчити деформування металу необхідно при темпе­ратурі t„, нижче якої його пластичність помітно зменшується. Ця температура має бути вища від температури рекристаліза­ції й бажано, щоб вона не опускалась у двофазову частину діаграми. Винятком можуть бути низьковуглецеві сталі, які при температурах існування двох фаз (аустеніт + ферит) між лініями GS і GP ще достатньо пластичні, а також заевтектоїдні сталі зі структурою аустеніт + вторинний цементит між лі­ніями ES і SK.

Рис. 4.1.1. Температурний інтервал обробки тиском вуглецевих сталей:

лінії верхньої (, і нижньої І„ температур нагрівання; значення верхньої (, „

і нижньої („ „ температур нагрівання для сталі складу К

Щоб знайти для заданого вмісту вуглецю значення верхньої t„_K і нижньої t„_K температур нагрівання на діаграмі проводять лінію складу К до перетину з лініями t_B і t_H, і отримані точки проектують на вісь температур. Визначивши температурний інтервал (t_BK...t„_K) гарячого деформування, знаходять швидкість і тривалість нагрівання та інші параметри режиму гарячої об­робки тиском.

Швидкістю нагрівання називають підвищення температу­ри заготовки в градусах за одиницю часу. Вона залежить голов-

ho від температури печі й заготовки. Під час надто швидкого нагрівання поверхневий шар, розширюючись, намагається ві­дірватись від ще холодного осердя, внаслідок чого виникають термічні напруження. Вони можуть призвести до виникнення тріщин, якщо матеріал заготовки ще малопластичний.

З цієї причини швидке нагрівання небезпечне для металів з низькою теплопровідністю (високовуглецеві й високолеговані сталі). Тому їх, а також великі заготовки, спочатку нагрівають повільно, а згодом, коли метал стає достатньо пластичним і те-плопровіднішим — з максимально допустимою швидкістю до заданої температури t_BK.

Тривалість нагрівання т (год) залежить від температури печі, хімічного складу сплаву, форми й розмірів заготовок та відста­ні між ними. її визначають за формулою:

x=a-k-D-4n, (4.1.1)

де а — коефіцієнт, що враховує спосіб укладання заготовок круглого й квадратного перерізів у печі (рис. 4.1.2); k — коефі­цієнт, що враховує масові частки вуглецю й легувальних еле­ментів у сталі; D — діаметр або сторона квадрата заготовки, м.