16.2. Теория обработки металлов давлением. (Краткие сведения).

16.2.1. Упругие и пластические деформации.

Деформацией называется изменение формы твердого вещества. Она происхо­дит в результате воздействия внешних или других сил. под влиянием которых в ме­талле возникают силы взаимодействия, действующие на каждую его частичку. Эти силы, приходящиеся на единицу площади, называются напряжением.

Деформации разделяются на упругие и пластические. Деформации, которые исчезают после снятия сил их вызывающих, называются упругими или обратимыми. Они связаны с упругим искажением атомной решетки металла и обычно по величине незначительны.

Деформации, сохраняющиеся после снятия приложенных сил, называются пластическими или остаточными. Они связаны с необратимым перемещением одних слоев кристалла относительно других или перемещением зерен металла.

Для того, чтобы получить остаточные изменения формы, необходимо создать в металле напряжем превышающие из значения, при которых происходят упругие деформации.

Следует учесть, что пластические деформации всегда сопровождаются упру­гими, которые исчезают посте снятия вызывающих их сил.

16.2.2. Механизм пластической деформации.

Д еформация поликристаллического металла осуществляется за счет внутрикристаллитной и межкристаллитной деформации его зерен (кристаллов).

Внутрикристаллитная деформа­ция происходит благодаря перемеще­нию отдельных атомных слоев (пачек) относительно друг друга. Эта дефор­мация имеет следующие разновидно­сти: скольжения и двойникования.

П

Рис. 16.2. Пластическая деформация поликри­сталла с преобладанием скольжения

ластическая деформация поликристалла с преобладанием сколь­жения представлена на рис Л 6.2. В каж­дом отдельном кристалле (рис.16.2.а) сдвиги происходят по одной (рис. 16.2.6) или нескольким кристалло­графическим плоскостям, обычно наи­более плотно заполненными атомами. Скольжение двух соседних зерен (рнс.16.2.в) по нескольким плоскостям сдвигов показано на рис. 16.2.г. Под действием внешних сил сдвиги у поли­кристалла вначале происходят по от­дельным плоскостям (рис.16.2.д), при­чем эти плоскости каждого зерна имеют свой угол наклона. В конце де­формации весь поликристалл стано­вится охваченным пластической де­формацией (рис.16.2.е).

Пластическая деформация поликристалла двойникованием связана с поворотом части кристалла по атомным плоскостям с получением зеркального отображения - двойника. Этот вид деформации имеет меньшее распространение. Обычно такая деформация производится с шумовым эффектом.

Следует отметить, что основное формоизменение происходит за счет внутрикристаллитной деформации. Относительное скольжение зерен (межкристаллитная деформация) развивается при высоких степенях деформации и высоких температурах обработки.

16.23. Упрочнение и рекристаллизация металла.

Пластическая деформация поликристалла приводит к значительному изменению механических, физических и химических свойств металла. Эти изменения характеризуются следующими явлениями:

• изменением формы зерен, их делением и измельчением;

• изменением ориентировки зерен, образованием волокнистого строения или текстуры;

• повышением сопротивляемости деформированию, увеличением предела упругости, текучести и прочности, а также твердости, снижением пластичности;

• увеличением остаточных напряжений;

• изменением физико-химических свойств - электросопротивления, магнитных свойств, теплопроводности и сопротивления коррозии.

Совокупность явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств металла в процессе пластической деформации, называется упрочнением или наклепом.

В результате упрочнения пластические свойства металла могут быть снижены настолько, что дальнейшая деформация ведет к его разрушению.

Восстановление пластических свойств упрочненного металла термической об­работкой возвратом или рекристаллизационным отжигом называется разупрочнени­ем.

Возвратом называется процесс частичного снятия механического упрочнения (на 20-30%). Для низкоуглеродистой деформированной стали температура возврата составляет 270-400°С.

Рекристаллизацией называется изменение кристаллической структуры (воз­вращение в исходное равновесное состояние) холодно деформированного металла в результате его отжига. При этом происходит образование новых центров и новых зе­рен кристаллизации и их последующий рост. Рекристаллизационный отжиг наступа­ет при температуре (формула академика А. Богвара)

Т_рек ≈ 0,4Т_пл[⁰К] (16-1)

где Т_пл - температура плавления сплава, °К.

Так Рекристаллизационный отжиг для стали практически производят при тем­пературе 650-680°С.

При горячей обработке давлением - прокатке, прессовании, ковке и объемной штамповке - почти одновременно протекают два прямо противоположных процесса - упрочнение, вызванное деформацией, и рекристаллизация, снимающая упрочнение.

В зависимости от протекания процессов упрочнения и разупрочнения разли­чают: при полном разупрочнении - горячую, при частичном разупрочнении - непол­ную горячую и при отсутствии разупрочнения - холодную деформацию.