2.3. Влияние температуры на сопротивление деформированию и пластичность

Сопротивление деформированию — это величина удельного усилия, вызывающая пластическую деформацию при данных усло­виях нагружения и температурно-скоростных условиях деформи­рования. При линейном растяжении или сжатии сопротивление деформированию эквивалентно напряжению текучести.

Повышение температуры металла оказывает существенное влияние и на его механические характеристики. О ходе изменения показателей прочности и пластичности с увеличением темпера­туры можно судить по приведенным на рис. 2.3 графикам. Из гра­фиков видно, что нагрев углеродистой стали примерно до 100° С несколько увеличивает пластичность и уменьшает сопротивление деформированию. Дальнейшее увеличение температуры примерно до 300° С значительно уменьшает пластичность и увеличивает прочность (зона синеломкости). Это предположительно объяс­няется выпадением мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения аналогично процессу старения. Дальнейшее увели­чение температуры приводит к постепенному, но значительному уменьшению прочности. При температурах порядка 1000° С предел прочности уменьшается более чем в 10 раз.

60

На основе многочисленных экспериментов Н. С. Курнаков установил, что изменение прочностных характеристик (твердости, предела текучести, предела прочности) с изменением температуры подчиняется экспоненциальной зависимости для металлов и сплавов, не имеющих физи­ко-химических превращений в данном интер­вале температур (закон Курнакова). Матема­тическая запись этого закона может быть представлена в виде

to

20

где p_tl — значение прочностной характери­стики при температуре t_x, pt, ■— то же, при температуре . f₂; а — температурный коэф­фициент, постоянный для данного металла (сплава), если в этом интервале температур в нем отсутствуют физико-химические пре­вращения.

Рис. 2.3 58

В отношении показателей пластичности характерно их некоторое уменьшение в об­ласти температур, при которых возможна неполная горячая де­формация, и в области температур фазовых превращений (часто оба эти явления происходят при почти одинаковых температурах).

Снижение пластичности в области температур фазовых превра­щений объясняется наличием в деформируемом теле одновременно двух фаз с различными свойствами, что приводит к увеличению неравномерности напряженного и деформированного состояний.

При температурах несколько меньших температуры плавления наблюдается резкое снижение пластичности, являющееся резуль­татом значительного роста зерна и последующего пережога ме­талла (окисление границ зерен). Аналогичный характер имеют графики зависимости показателей прочности и пластичности для других металлов и сплавов.

Общим положением для всех металлов и сплавов является то, что наибольшую пластичность они имеют при температурах рекристаллизации, т. е. в условиях горячего деформирования, которым одновременно соответствуют и малые значения показа­телей прочности, а следовательно, и сопротивления деформиро­ванию.

Опасными зонами температур, при которых наблюдается Уменьшение пластичности, являются зоны, в области которых 'возможны фазовые превращения, неполная горячая деформация !^ли явления старения и синеломкости.

Увеличение пластичности при нагреве до температур горячей деформации является следствием увеличения подвижности ато­мов, но, кроме того, увеличению пластичности способствуют еще некоторые явления. Так, например, в условиях горячего деформирования обычно значительно возрастает пластичность межкристаллических прослоек, содержащих повышенное коли­чество примесей. Это объясняется тем, что пограничные слои с повышенным содержанием примесей обладают меньшей термоди­намической устойчивостью и имеют температуру плавления мень­шую, чем температура плавления зерен основного металла. С нагревом до температур горячего деформирования прочность межзеренных прослоек уменьшается более интенсивно, чем проч­ность зерен, и доля межкристаллитной деформации в общей де­формации металла увеличивается. Одновременно хрупкость этих прослоек уменьшается, а следовательно, уменьшается и образо­вание в них микротрещин.

Уменьшение опасности образования микротрещин объясняется также возможностью их «залечивания» в процессе деформирова­ния. В объяснении возможности «залечивания» микротрещин в процессе деформирования двухфазных сплавов существенное значение имеет установленное А. А. Бочваром [6] явление скачко­образного переноса атомов кристаллитов одной фазы на кристал­литы другой фазы. Явление это А. А. Бочвар назвал растворно-осадительным типом пластической деформации. При межфазовом перемещении атомов происходит «залечивание» микроскопиче­ских трещин, так как осаждение металла легче происходит в ми­кропустотах.

Так как подвижность атомов увеличивается с ростом темпе­ратуры, то и «залечивание» микротрещин легче осуществляется при температурах горячей деформации.

Таким образом, обработка давлением в условиях горячей деформации требует наименьших усилий деформирования и позво­ляет получать максимальное формоизменение заготовки.

Однако для заготовок малых размеров трудно выдержать заданный температурный режим деформирования (учитывая охла­ждение при соприкосновении с холодным инструментом и потери теплоты в окружающую среду, возрастающие с ростом отношения площади поверхности заготовки к ее объему), поэтому горячую обработку давлением обычно применяют для крупных и средних заготовок (листовых заготовок с толщиной примерно более 10 мм и заготовок из сортового металла массой более 0,1 кг). Заготовки малых размеров и тонколистовые заготовки обычно обрабатывают в условиях холодной или неполной холодной деформации.

Для многих металлов температуры горячей деформации со­ответствуют температурам сравнительно интенсивного окисления поверхностных слоев, а для углеродистых сталей ■— температурам, при которых поверхностные слои обедняются углеродом (обез­углероживание). Это обстоятельство ухудшает качество поверх­ности заготовок, полученных горячей обработкой, и вынуждает назначать большие припуски на последующую механическую обработку. Стремление уменьшить усилие деформирования, по сравнению с холодной деформацией и в то же время улучшить качество поверхности и повысить точность получаемых штампо­ванных заготовок по сравнению с горячей штамповкой привело к тому, что в ряде случаев нашла применение так называемая полугорячая штамповка, осуществляемая в режиме, близком к условиям неполной горячей деформации.