2.2. Физико-механические основы обработки металлов

давлением

При обработке давлением формоизменение заготовки происходит за счет пластической деформации металла. Пластическая деформация - это сложный физико-механический процесс, в результа­те которого изменяются строение, а также физико-механические свойства металла. Рассмотрим физическую сущность пластической деформации.

Металлы и сплавы, применяемые в машиностроении, имеют поликристаллическое строение, т.е. состоят из большого числа от­дельных прочно сросшихся друг с другом зерен или кристаллитов (рис.10). В каждом зерне атомы расположены в строго определенном порядке, соответствующем типу кристаллической решетки металла. По границам верен располагаются неметаллические включения в виде сульфидов (Mn, FeS), оксидов (Al203 ), силикатов других соединений.

Форма и размеры зерен, а также неметаллические включения в значительной степени влияют на механические свойства металлов. Металлы, имеющие мелкозернистую и однородную структуру, обладают более высокими механическими свойствами, чем металлы с крупнозернистой структурой.

2.2.1. Холодная пластическая деформация

Под действием внешних сил в металле происходит сначала упругая, а затем пластическая деформация. При упругой деформации атомы металла смещаются на расстояния, не превышающие межатомные. Эти смещения вызывают изменение размеров, формы и объема тела. После снятия нагрузки под действием межатомных сил атомы возвращаются в первоначальные места устойчивого равновесия, при этом форма и объем тела полностью восстанавливаются. Поэтому упругую деформацию навива­ют также обратимой.

После того, как внешние силы превысят определенную для данного металла величину, в металле происходит пластическая де­формация, которая развивается за счет межкристаллитной и внутрикристаллитной деформаций. Межкристаллитная деформация состоит­ в поворотах и смещениях кристаллитов относительно друг друга. Внутрикристаллитная - происходит в результате необратимого смещения атомов на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки атомы не возвращаются в исходные места устойчивого равновесия, а форма кристаллита и всего тела в целом не восстанавливается. В связи с этим пластическую деформацию называют также остаточной, или необратимой. Пластическая деформация всегда сопровождается упругой. Однако в большинстве случаев обработки давлением упругая деформация не учитывается, так как она ничтожно мала по сравнению с пластической.

Пластическая деформация может происходить в материалах, обладающих свойством пластичности. Пластичность - это свойства материалов необратимо изменять под действием внешних сил фор­му и размеры с изменением структуры и механических свойств без нарушения целостности.

В результате пластической деформации верна металла ориен­тируются, раздробляются и вытягивается в направлении наибольшего течения металла, что ведет к образованию мелкозернистой строчечной структуры (см. рис .8). Одновременно с деформацией зерен вытягиваются и неметаллические включения, которые придает металлу волокнистое строение. Если строчечную структуру можно обнаружить только под микроскопом при увеличении в 100 раз, то волокнистое строение можно наблюдать невооруженным главой.

Образование строчечной в волокнистой структуры приводит к анизотропии механических свойств: вдоль волокон прочность и пластичность металла выше чем поперек. Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки и появлением в металле остаточных напряжений, что ведет к увеличению прочности и твердости, снижению пластичности, а также изменению физических свойств деформируемого металла. Совокупность изменений физико-механических свойств в результате пластической деформации называется упрочнением, или наклепом. Упрочнение, затрудняя дальнейшую пластическую деформацию, увеличивает сопротивление металла деформации и уменьшаем его пластичность.