7.2. Горячая пластическая деформация
При нагреве холоднодеформированного металла до некоторых температур (для чистых металлов – выше 0,4 абсолютной температуры плавления) начинается процесс рекристаллизации. При этом в деформированной структуре возникают центры перекристаллизации и растут новые равновесные и равноосные зерна, а эффект упрочнения снимается. Такая термическая обработка называется рекристаллизационным отжигом. Чем выше температура нагрева, тем выше скорость рекристаллизации (Vрекр). При деформации нагретого металла процессы упрочнения и разупрочнения (рекристаллизации) совмещаются. При t 0,7 Т плавления рекристаллизация успевает произойти во всем объеме тела, подверженного процессу деформации на прессе или между ударами молота, упрочнение при этом полностью снимается (рис. 7.1, б). Такая деформация называется горячей.
а
б
Рис. 7.1. Схемы
изменения микроструктуры металла при
деформации:
а – холодной;
б – горячей
Однако и при горячей деформации создаётся волокнистая микроструктура, т. к. шлаковые включения и газовые пузыри приобретают вытянутую форму в направлении деформации. Если волокнистость правильно использовать, то усталостную прочность металла, подвергнутого горячей обработке давлением, можно повысить на 20 ... 30 %, по сравнению с исходным состоянием. Этот эффект используется при накатке в горячем состоянии зубьев зубчатых колёс.
Слитки, получаемые при выплавке стали, имеют крайне неоднородную структуру металла (рис. 1.5). В процессе горячей пластической деформации структура стали значительно улучшается: внутренние пустоты и рыхлоты завариваются, металл уплотняется, дендриты измельчаются, повышается пластичность. Приблизительно 80 % выплавляемой стали подвергается различным видам обработок давлением.
При горячей деформации точность и качество поверхности ниже из-за температурной усадки, окалины и обезуглероживания. Но при высоких температурах сохраняется высокая пластичность и низкое сопротивление деформации. Поэтому для проведения обработки требуются машины меньшей мощности. Горячая обработка давлением применяется для крупных деталей, а также малопластичных и труднодеформируемых сплавов. Изменения микроструктуры стали при пластическом деформировании см. на рис. 7.1.
При нагреве стали до 1200 С ее сопротивление деформации снижается в 10 раз, а пластичность повышается в 3 ... 4 раза. Однако максимальная температура нагрева ограничена возможностью резкого ухудшения свойств стали вследствие перегрева и пережога.
Перегрев – это чрезмерный рост зерен при нагреве, что приводит к ухудшению механических свойств металла. Заметим, что вредное влияние перегрева можно устранить термообработкой (нормализацией).
Пережог возникает в результате внутреннего окисления по границам зерен, что приводит к нарушениям связи между ними. Пережог является неисправимым браком.
Минимально допускаемая температура деформации ограничена пластичностью металла. Температурный интервал ОМД для углеродистых сталей на диаграмме железо-углерод см. на рис. 7.2, а также в табл. 4.
Рис. 7.2. Интервалы
температур нагрева при обработке
давлением
Таблица 4