Обработка металлов давлением
4.1. Введение
Обработка металлов давлением занимает важное место в промышленности. Около 90% выплавляемой стали, 55% цветных металлов и их сплавов, пластмассы и другие материалы подвергают обработке давлением. Обработка давлением является высокопроизводительным процессом, позволяющим получать изделия с весьма точными размерами, хорошей поверхностью, малыми отходами металла и более высокими механическими свойствами по сравнению с отливкам. Около 75% выплавляемой стали подвергают прокатке для получения рельс, балок, труб, листов, проволоки и порядка 15% перерабатывается свободной ковкой, штамповкой, прессованием и волочением.
Обработкой металлов давлением – называется процесс изменения формы и размеров заготовок под действием внешних сил, вызывающих пластическую деформацию. Основными видами являются: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, объемная и листовая штамповка. Обработка основана на использовании пластичности металлов, т.е. способности деформироваться под действием внешних сил, без разрушения и сохранять принятую форму после снятия нагрузки, объем металла при этом остается постоянным.
4.2. Теоретические основы обработки металлов давлением
Теория обработки металлов давлением – это наука о физической сущности и закономерностях процессов пластической деформации металлов в различных технологических условиях.
Деформацией называют изменение формы и размеров тела под действием внешних или внутренних напряжений.
Упругая деформация – возникает, если после снятия приложенных к телу сил оно полностью восстанавливается.
Пластическая деформация – возникает если тело после приложения внешних сил сохраняет вновь принятую форму.
Различают деформацию: внутрикристаллитную (протекающую внутри зерна), межкристаллитную (протекающую по границам зёрен).
При обработке металлов давлением полностью наблюдаются оба вида деформаций одновременно. Однако, при комнатной температуре наблюдается внутрикристаллитная деформация, а при высоких температурах межкристаллитная. Это объясняется снижением связей между зёрнами при нагреве металла.
Величина пластической деформации определяется степенью деформации Е:
,
где Fн – площадь поперечного сечения заготовки до деформации, м2;
Fк – площадь поперечного сечения после деформации, м2;
Отношение Fн/Fк – называется уковом.
По условиям протекания различают также:
1 – холодная деформация – вызывает образование строчечной волокнистой структуры металла и физическое поверхностное упрочнение - наклеп вызывающий увеличение твёрдости, прочности, текучести и резкое снижение пластичности, повышается электро-сопротивление, уменьшается теплопроводность.
Литая сталь. Деформированная сталь.
Рис. 4.1.Изменение структуры литой стали при холодной деформации
Наклёп металла устраняют термообработкой – рекристаллизационным отжигом.
Рекристализация – процесс образования и роста новых зёрен при нагреве наклёпанного металла до определенной температуры.
При нагреве на границе старых вытянутых зёрен возникают новые центры кристаллизации в виде мелких кристаллов, которые и создают новую равноосную структуру металла с пониженной плотностью дислокаций. Процесс рекристаллизации протекает не мгновенно, а с некоторой скоростью, зависящей от температуры нагрева металла и степени деформации. Чем выше температура и степень деформации, тем выше и скорость рекристаллизации. Температура начала рекристаллизации (0,3-0,4) Тпл.
Неполная холодная и неполная горячая деформации – рекристаллизация протекает неполностью. Металл имеет два типа структуры: с равноосными зёрнами и с вытянутыми зёрнами. Наличие двойной структуры приводит к уменьшению пластичности и появлению остаточных напряжений.
Горячая деформация – характеризуется полным разупрочнением металла в результате рекристаллизации. Происходит при (0,7-0,8) Тпл за секунды.
Металл имеет равноосную структуру, но волокнистое строение сохраняется.