• Низкое качество поверхности. Окалина, образующаяся при нагреве в атмосфере воздуха, является неоднородным покрытием на изделии. В процессе дальнейшей деформации окалина отслаивается локально, значительно ухудшая качество поверхности изделия. Еще более значительное влияние окалины на режущий инструмент при обработке резанием заготовок, изготовленных горячей обработкой давлением. Удаление окалины затруднительно и требует больших затрат времени и средств.

• Лекция 5

Физико-механические основы обеспечения высоких показателей

при ОМД

Обработка методом ОМД и управление технологическим процессом изготовления изделия с целью достижения высоких технико-экономических показателей базируется на фундаментальных научных исследованиях, изучении механизмов, определяющих формирование структуры и свойств материалов.

Рассмотрим основные эффекты, сопровождающие процесс деформирования твердого тела.

1 Локализация деформации.

Главной, отличительной особенностью пластической деформации является ее локальный характер, т.е. ограничение объема в котором она происходит.

Главным следствием из локализации деформации является резкое снижение напряжения, требуемого для поддержания процесса деформирования тела.

Известно, что под действием чистого растяжения или чистого сжатия, остаточная деформация в теле образоваться в теле не может, т.к. при удалении атомов друг от друга на величину более половины межатомного расстояния межатомная связь ослабевает и тело разрушается. При сближении атомов на расстояние меньше равновесного, возрастают силы отталкивания между атомами, и дальнейшее сближение атомов становится невозможным.

Единственным типом нагружения, способным вызвать остаточную деформацию, является сдвиг. При этом типе нагружения происходит относительное скольжение двух смежных плоскостей атомов в твердом теле. Такой тип остаточной деформации называется пластической деформацией. Механизмом, обеспечивающим пластическую деформацию, является дислокация. Дислокации имеют определенную кристаллографическую ориентировку, вследствие чего – пластическая деформация может происходить только в кристаллическом твердом теле.

Пластической деформацией в теле охватывается незначительное число атомов. Например, при предельно достижимой путем деформирования тела плотности дислокаций = 10¹² см^-2 число атомов, сдвинутых из положений равновесия составляет величину 10^-4 от общего числа атомов. Плотность тела при этом практически не меняется. Изменения плотности и разрыхление тела происходит при плотности дислокаций более 10¹⁵ см^-2, однако достигнуть такого уровня деформаций тела внешними усилиями невозможно, для этого требуются методы химико-термической обработки, ядерно-физического или лучевого воздействия.

2. Температурные эффекты

При повышении температуры подвижность атомов увеличивается и энергия тела повышается. это явление иллюстрирует график зависимости свободной энергии E при смещении атома из равновесного положения, r₀ на рис 5.1.

Р исунок 5.1 Схема изменения свободной энергии при смещении атома из равновесного положения.

Так как температура тела пропорциональна энергии

E = kT (k – постоянная Больцмана), то из схемы на рисунке 5.1, следует, что температура тела повышается при смещении атома из равновесного положения.

Аккумулирование в металле энергии увеличивается с повышением степени деформации до некоторой величины (порядка 0.52.0 кал/ч) и ее действие складывается с воздействием внешней температуры, обеспечивая изменение структуры и свойств материала.

При повышении температуры уменьшается незначительно предел текучести. Наглядно температурные эффекты изменения прочности и пластичности показывает известная схема Иоффе, рис.5.2.

Р ис.5.2 Зависимость предела прочности _В и предела текучести _Т от температуры.

Т_ХП – температура хрупкости.

Т_ВП – температура вязко-пластического перехода.

Т_ПЛ – температура плавления.

Рассмотрим области, обозначенные на рисунке 5.2 римскими цифрами.

Ниже температуры хрупко-пластического перехода при нагружении тело может испытывать упругие деформации вплоть до достижения предела прочности и разрушиться при превышении этого предела. В области I тело обратимо деформируется, испытывая только упругую деформацию. Поэтому в области II тело не может находиться при нормальных условиях нагружения растяжения и может быть только в условиях всестороннего сжатия, что технически неосуществимо для кристаллических тел. В области III (выше Т_ХП) тело деформируется упруго и испытывает эффекты релаксации и ползучести, которые протекают во времени с определенной скоростью при пластическом механизме их действия.

В области IV напряжение превышает предел текучести и тело пластически деформируется.

В области V напряжение превышает предел прочности и тело разрушается. При этом достигается некоторая предельная степень деформации. Разрушение происходит сколом.

В области VI (выше Т_ПВ – или температуры рекристализации) тело деформируется упруго и испытывает эффекты релаксации и ползучести при вязком механизме их действия.

В области VII напряжение превышает предел текучести и тело деформируется при совместном действии вязкого и пластического механизмов течения.

В области VIII напряжение превышает предел прочности и тело разрушается. При этом предельная деформация существенно выше, чем в области V и тело разрушается срезом.

В области IX тело переходит в жидкое состояние и деформируется по вязкому механизму течения.