§ 3. Холодная и горячая обработка металлов давлением

1. Наклеп и рекристаллизация металлов. При деформировании ме­таллов повышается плотность дефектов кристаллического строения и возрастает сопротивление их перемещению. С увеличением степени дефор­мации пределы прочности и текучести, а также твердость увеличиваются, а пластичность и вязкость снижаются; возрастают остаточные напряже­ния. Упрочнение металлов при пластической деформации называется наклепом. В результате упрочнения пластические свойства металлов

42

могут снизиться настолько, что дальнейшая деформация вызывает раз­рушение.

При наклепе металл переходит в термодинамически неустойчивое со­стояние с повышенным запасом внутренней энергии, поэтому он стремит­ся самопроизвольно перейти в более равновесное состояние. При нагре­ве наклепанного металла до температур, составляющих 0,2—0,3 от тем­пературы плавления Т_пл (возврате), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внутренние напряжения без изменения мик­роструктуры и свойств деформированного металла.

При нагреве деформированных металлов выше 0,4Т_ПЛ образуются новые равноосные зерна и свойства металла возвращаются к их исход­ным значениям до деформации. Процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в деформированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьшением прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств, называется рекристал­лизацией. Наименьшая температура, при которой начинается процесс рекристаллизации и разупрочнения металла, называется температу­рой рекристаллизации. Величина зерна после рекристаллизации зависит от степени и скорости деформации, а также температуры и длительности нагрева.

2. Холодная и горячая деформация. В зависимости от температурно-скоростных условий при деформировании могут происходить два противо­положных процесса: упрочнение, вызываемое деформацией, и разупрочне­ние, обусловленное рекристаллизацией. В соответствии с этим различают холодную и горячую деформацию. Холодное деформирование произво­дится при температурах ниже температуры рекристаллизации и со­провождается наклепом металла. Горячее деформирование протекает при температурах выше температуры рекристаллизации. При горячей де­формации также происходит упрочнение металла (горячий наклеп), но оно полностью снимается в процессе рекристаллизации. При ней плас­тичность металла выше, а сопротивление деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации. Деформация, после которой про­исходит только частичное разупрочнение, называется неполной горячей деформацией.

§ 4. Влияние обработки давлением на структуру и механические свойства металлов и сплавов

1. Изменение структуры литого металла при деформации. Струк­тура слитков, которые обычно являются исходными заготовками при обработке давлением, неоднородна (рис. IV.1, б). Основу ее составляют зерна первичной кристаллизации (дендриты) различной величины и фор­мы, на границах которых скапливаются примеси и неметаллические вклю­чения. В структуре слитка имеются также поры, газовые пузыри. Высо­кая степень деформации при высокой температуре вызывает дробление зерна, а также частичное заваривание пор.

2. Полосчатость. Зерна и межкристаллические прослойки с повышен­ным содержанием неметаллических включений вытягиваются в направ­лении наибольшей деформации. В результате структура металла приоб­ретает полосчатое (волокнистое) строение (рис. IV. 1, в). Волокнистость оказывает влияние на механические характеристики, вызывает их анизо­тропию. В поперечном направлении ударная вязкость на 50—70 %, относительное сужение — на 40 %, относительное удлинение — на 20% меньше, чем вдоль волокон. Наличие полосчатой микроструктуры и ани­зотропии свойств в деформированном металле необходимо учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить в них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль, а перерезывающие усилия — поперек волокон, а также, чтобы они не перерезались при обработке резанием. При необходимости повысить пластичность металла в поперечном направ­лении следует произвести обжатие заготовки в направлении, перпендику­лярном прежнему, т. е. вдоль волокон. Желательно, чтобы у поверхности детали волокна повторяли ее очертания (рис. IV. 1, г). В этом случае повы­шаются прочность и другие служебные свойства детали.