1704

2

УДК 669.018

Кроха, В. А. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ [Текст] : методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальностей 260100 (250401) – Лесоинженерное дело, 260200 (250403) – Технология деревообработки, 210200 (220301) – Автоматизация технологических процессов и производств (лесной комплекс) (УИРС) / В. А. Кроха ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2008. – 19 с.

Печатается по решению учебно-методического совета

ГОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 8 от 16 апреля 2008 г.)

Рецензенты: д-р техн. наук, проф. А.В. Скрыпников канд. техн. наук, доц. А.А. Аксенов

Ответственный за выпуск заведующий кафедрой ТКМ канд. техн. наук, доц. А.Г. Высоцкий

3

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

НА МИКРОСТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ (УИРС)

Продолжительность работы – 4 часа

ВВЕДЕНИЕ Методами холодной пластической деформации прутковых материалов

(основные операции – осадка, высадка, выдавливание, редуцирование) изготовляется большая номенклатура деталей, широко применяемых в различных отраслях машиностроения. Основные типы деталей – крепежные изделия (болты, винты, гайки, шурупы и др.), шарики, ролики, стержни с утолщениями различной формы, детали типа валов, втулок, стаканов, стаканов с фланцами и поршневые пальцы, детали с многогранниками и зубьями.

Холодной пластической деформацией получают детали главным образом из качественных конструкционных углеродистых, низко- и среднелегированных сталей, которые изготовляются в соответствии с требованиями стандарта на стали для холодного выдавливания и высадки (ГОСТ 10702-78). Используются для холодной объемной штамповки и некоторые углеродистые и легированные инструментальные стали.

Выше указанные детали используются в деревообрабатывающем оборудовании и при производстве мебели. Кроме того в лесной и деревообрабатывающей промышленности применяются также специальные процессы пластической деформации металлов в холодном состоянии –вальцевание пил (пропускание полотна пилы между двумя веретенообразными роликами), плющение и формовка зубьев рамных и дисковых пил (процесс увеличения ширины режущей кромки зубьев и выравнивание боковых граней зубьев после плющения). Применяются эти процессы с целью повышения стойкости инструмента.

4

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Изучить влияние холодной пластической деформации на микроструктуру технического железа.

2.Изучить влияние холодной пластической деформации на механические свойства (твердость и напряжение течения) технического железа и сталей.

3.Ознакомиться с основами обработки опытных данных и их анализа.

2.ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

1.Металлографические микроскопы МИМ-7 и МЕТ-3.

2.Твердомер типа ТК для измерения твердости по методу Роквелла.

3.Набор протравленных микрошлифов из технического железа: после отжига и пластической деформации в холодном состоянии до степеней деформации 0,3; 0,6; 0,9 и 1,2 для изучения микроструктуры.

4.Штангенциркуль с ценой деления 0,05 мм.

5.Набор образцов из технического железа (отожженного и деформированных в холодном состоянии до различных степеней деформации) для измерения твердости.

6.Набор фотографий с микроструктурами деформированного технического железа до степеней деформации 0,05; 0,145; 0,30; 0,51; 0,92; 1,19;1,39; 2,58.

3.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

3.1.ПОНЯТИЕ ОБ УПРУГОЙ И ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

МЕТАЛЛОВ Под действием внешних сил, приложенных к металлическому образцу, в

нем возникают напряжения, вызывающие его деформацию. Деформация бывает упругой (обратимой) и пластической (необратимой).

5

При упругой деформации происходит искажение кристаллической решетки металла с небольшим (упругим) смещением атомов относительно друг друга, возникают изменения размеров образца и в некоторых случаях его формы. После снятия нагрузки под действием внутренних сил атомы кристаллической решетки возвращаются в первоначальное положение, деформируемый образец полностью восстанавливает свои исходные формы и размеры. Изменения в строении и свойствах образца по сравнению с первоначальными не наблюдаются, т.е. деформация полностью исчезает.

При пластической деформации металлов возникают изменения формы и размеров образца, которые после прекращения действия внешних сил не полностью восстанавливаются. Пластическую деформацию всегда сопровождает упругая деформация, возникающая при меньших величинах деформирующих усилий. Поэтому после снятия внешней нагрузки размеры и форма деформируемого образца будут отличаться от тех, которые имел образец в последний момент воздействия нагрузки, на величины, вызываемые упругим последействием.

В поликристаллическом теле формоизменение осуществляется в результате пластической деформации каждого зерна, а также ограниченного взаимного смещения зерен. Внутри зерна пластическая деформация осуществляется скольжением или двойникованием. Скольжение представляет собой сдвиг одной части кристалла относительно другой, а двойникование – переориентировка части кристалла в положение, симметричное по отношению к первой части относительно плоскости, называемой плоскостью двойникования (см. рис. 1).

При большой пластической деформации зерна изменяют свою форму. Одновременно с изменением формы зерен внутри их происходит дробление блоков и увеличение угла разориентировки между ними.

Степень пластической деформации εl при осадке цилиндрических образ-

цов подсчитывается по формулам

6

площадь поперечного сечения образца после осадки; dср = dб +2 dТ ; ( dср, dб

см. рис.1б)

а) б) в) г) д)

Рис. 1. Схема упругой и пластической деформации металла: а - кристалл до деформации; б – упругая деформация кристалла; в – упругая и пластическая деформация скольжением; г – пластическая деформация скольжением (после снятия нагрузки исчезает упругая деформация); д – пластическая деформация двойникованием; τ - касательные напряжения

3.2. ФОРМООБРАЗОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ПРИ ОСАДКЕ

При осадке цилиндрических образцов с плоскими торцами между двумя плитками (см. рис. 2а) на формообразование заготовки оказывает сильное влияние внешнее трение, возникающее в месте контакта плитка-заготовка. Вследствие этого влияния исходная цилиндрическая заготовка после осадки примет бочкообразную форму (рис. 2б). В связи с бочкообразованием деформация по всему объему образца неравномерна, что вызывает различную степень изменения кристаллической структуры в разных сечениях образца. Поэтому твердость в разных зонах образца будет различной (рис. 3). Для таких образцов степень

9

F

а)

б)

Рис. 4 Схема осадки образцов с торцовыми цилиндрическими выточками, заполненными твердой смазкой: а – до деформации; б – после деформации

Напряжение течения представляет собой важную характеристику механических свойств металлов, являющуюся одной из основных величин при разработке технологических процессов обработки металлов давлением и расчете кузнечно-прессового оборудования. Хотя в реальных технологических процессах холодной объемной штамповки не реализуется равномерное деформирование заготовки, при расчете потребных сил деформирования учет механических свойств обрабатываемого металла осуществляется с помощью величины σS, а влияние реальных условий деформации, вызывающих неравномерность деформирования заготовки – введением в расчетные формулы специальных параметров.

Величина напряжения течения сталей зависит от их химического состава. Увеличение содержания углерода и легирующих элементов повышает величину

σS.

Определение величины σS требует изготовления специальных образцов и проведения трудоемких экспериментов. Эта величина для многих металлов и

10

сплавов приблизительно может быть рассчитана с помощью твердости деформированных образцов по эмпирической формуле, установленной автором на основании обработки большого количества экспериментальных данных, полученных при осадке конструкционных и инструментальных углеродистых и легированных сталей.

где НВ – число твердости по Бринеллю.

Для изучения влияния холодной пластической деформации на микроструктуру выбрано техническое железо, т.к. оно обладает высокой пластичностью и состоит из однофазных зерен, в связи с чем процесс пластической деформации не осложняется различной сопротивляемостью деформирования разных фаз.

4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить под микроскопом отожженного и пластически деформированных образцов с торцовыми выточками со степенями деформации εl = 0,3; 0,6;

0,9 и 1,2 и зарисовать в квадрате 30мм х 30 мм отожженного железа. Под микроструктурой указать увеличение микроскопа.

2.Изучить фотографии с микроструктурами деформированного техниче-

ского железа до степеней деформации 0,05; 0,145; 0,30; 0,51; 0,92; 1,19; 1,39; 2,58 и зарисовать эти микроструктуры в квадратах 30 мм х 30 мм. Под каждой микроструктурой указать увеличение микроскопа и степень деформации.

3.Измерить штангециркулем с точностью до 0,05 мм высоту h осаженных образцов для испытания на твердость и результаты измерения внести в таблицу 1.

4.Для каждого осаженного образца подсчитать степень деформации по формуле