§ 2. Факторы, влияющие на пластичность металла

1. Влияние состава. Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Сплавы — твердые растворы обычно более плас­тичны, чем сплавы, образующие химические соединения. Компо­ненты сплава также влияют на его пластичность. С повышением содержания углерода в стали пластичность уменьшается. При содержании углерода свыше 1,5 % сталь с трудом поддается ковке. Кремний понижает пластичность стали. Поэтому кипящая мало­углеродистая сталь (08 кп, Юкп) с малым содержанием кремния применяется при изготовлении деталей холодной штамповкой глу­бокой вытяжкой. В легированных сталях хром и вольфрам умень­шают, а никель и ванадий повышают пластичность стали. Сера, соединяясь с железом, образует сульфид железа FeS, который в виде эвтектики располагается по границам зерен и при нагревании до 1000 °С расплавляется. В результате связь между зернами на­рушается и сталь становится хрупкой. Такое явление называется красноломкостью. Марганец, образуя тугоплавкое соединение MnS, нейтрализует вредное действие серы. Фосфор увеличивав пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вязкость стали, вызывая ее хладно­ломкость.

2. Влияние температуры. По мере повышения температуры нагрева пластичность металлов обычно возрастает, а прочность уменьшается. Однако в углеродистых сталях при температурах Ю0...400°С пластичность уменьшается, а прочность возрастает. Этот интервал температур называют зоной хрупкости или сине­ломкости стали, наличие которой объясняется выпадением мель­чайших частиц карбидов по плоскостям скольжения при дефор­мации.

3. Скорость деформации — изменение степени деформации е в единицу времени de/dt. (От скорости деформации следует отли­чать скорость деформирования — скорость движения деформиру­ющего инструмента).

Обычно механические свойства металлов определяются при скоростях деформирования до 10 мм/с. Обработка давлением на прессах и ковочных машинах производится при скоростях движе­ния рабочих органов 0,1...0,5 м/с, на молотах скорость деформиро­вания в момент удара 5... 10 м/с. Еще большие скорости возникают при штамповке на высокоскоростных молотах (20 ...30 м/с), штам­повке взрывом, электромагнитной штамповке.

В общем случае с увеличением скорости деформации предел текучести возрастает, а пластичность падает. Особенно резко уменьшается пластичность некоторых высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. При обработке давлением нагрето­го металла это можно объяснить влиянием двух противополож­ных процессов: упрочнения при деформации и разупрочнения вследствие рекристаллизации. При больших скоростях деформа­ции разупрочнение может отставать от упрочнения. Кроме того, следует учитывать тепловой эффект пластической деформации, который выражается в том, что энергия, расходуемая на пла­стическую деформацию, превращается в основном в тепло.

4. Напряженное состояние в элементарно малом объеме ха­рактеризуют схемой главных напряжений. Главные напряже­ния— это нормальные напряжения, действующие в трех вза­имно перпендикулярных площадках, на которых касательные напряжения равны нулю. На рис. lV.2,a, б, в, г представлены схемы главных напряжений, наиболее часто встречающиеся при обработке давлением.

Деформированное состояние характеризуется схемой главных деформаций, т. е. деформаций в направлении трех осей, перпен­дикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения от­сутствуют (рис. 1У.2,д,е,ж). Совокупность схем главных напряже­ний и главных деформаций позволяет судить о характере главных

Рис. 1V.2. Схемы главных напряжений и деформаций

напряжений и деформаций при различных видах обработки давле­нием и пластичности металла: чем больше сжимающие напряжения и меньше напряжения и деформации растяжения, тем выше плас­тичность обрабатываемого металла. Повысить сжимающие напря­жения при обработке давлением можно, например, оказывая боковое давление на металл жесткими стенками инструмента.