10. Скорость деформации. Влияние скорости деформации на пластичность металлов

Различают скорость деформирования и скорость деформации.

Скорость деформирования – определяется скоростью движения обрабатывающего инструмента.

Скорость деформации характеризует скорость течения металла и определяется как приращение степени деформации за единицу времени.

(10.1)

Можно показать, что при одной и той же скорости деформирования скорости деформации будут различны.

Допустим, производится осадка образцов разной высоты, но с одинаковой скоростью (10.1).

За единицу времени образцы меняют размер на одинаковою величину – ∆l, тогда после деформирования размеры будут:

l₁ – ∆l и l₂ – ∆l (10.2)

Степень деформации будет

и (10.3)

Откуда ясно, что

ε₁ < ε₂

и тогда скорость

(10.4)

Диапазон скоростей деформирования для наиболее широко применяемых видов оборудования в обработке металлов давлением лежит в пределах от 0,1 м/сек до 10 м/сек.

Штамповка на гидропрессах идет обычно со скоростью 0,1 0,3 м/сек.

На кривошипных прессах V=0,2 0,6 м/сек

На винтовых прессах V=0,5 2 м/сек

На молотах V=5 10 м/с

Влияние скорости деформирования на поведение металла при штамповке определяется многими факторами такими как: температурный режим обработки, тепловыделение, изменение сил внешнего трения. Действуя в совокупности эти факторы, влияют на сопротивление деформированию металла.

Рассмотрим зависимости этих параметров от скорости инструмента (рис. 10.2, 10.3, 10.4, 10.5).

Рис 10.2. Зависимость тепловыделения от скорости деформирования

Рис 10.2. Зависимость тепловыделения от скорости деформирования

Рис 10.2. Зависимость тепловыделения от скорости деформирования

Рис 10.2. Зависимость тепловыделения от скорости деформирования

Рис 10.3. Влияние скорости на внешние трения

Рис 10.4. Изменение сопротивления деформации

От скорости

Рис 10.5. Влияние скорости на сопротивление

Деформации при осадке

Таким образом, в одних случаях действие скоростного фактора совместно с другими приводит к повышению сопротивления деформации (осадка), а в других к снижению (затекание металла в тонкие полости). Этими общими положениями можно руководствоваться при выборе метода штамповки и оборудования. Так для штамповки турбинных лопаток, лезвийного инструмента и т.д. наиболее рационально применять молоты или винтовые прессы.

11. Сверхпластичность

Сверхпластичность - способность металлов равномерно деформироваться на сотни и тысячи процентов без разрушения. Это явление было открыто советским металлофизиком Бачваром А.А. В 1946 г. при экспериментах с эвтектическими сплавами (80 %Zn и

20 %Al) – т.е. сплавов представляющих собой смесь кристаллов различных фаз, когда мелкие округлые зерна одной фазы находятся в твердом растворе другой фазы, т.е. имеется сравнительно толстая межзеренная прослойка. Исследования показали, что определенную роль в механизме сверхпластичности таких сплавов играют процессы деформации межфазовых или межзеренных границ. При этом очень точно должен выдерживаться температурно-скоростной режим обработки (скорость – 10^-4-10^-1 1/с). Наличие межзеренных прослоек, малых размеров зерен в сочетании с увеличением подвижности атомов в результате нагрева приводят к облегчению межкриссталлимной деформации. Мелкие округлые зерна как бы перекатываются в массе толстых межзеренных прослоек в которых из-за определенной температуры, происходят превращения близкие к эффекту плавления (полиморфные превращения).

Соотношения между скоростью и температурой для каждого конкретного сплава должны быть таковы, чтобы скорости процесса упрочнения и разупрочнения были одинаковы. В условиях сверхпластичности зависимость напряжения текучести почти не зависит от величины деформации, т.е. течение металла идет с постоянной нагрузкой. Очень низкая скорость деформирования ограничивает производительность технологических процессов основанных на сверхпластичности и в настоящее время они используются в специальном производстве, например, приборостроении, авиационной промышленности.