28. Упрочнение металла при холодной деформации

Холодная деформация протекает при температурах значительно более низких, чем температуры рекристаллизации и характеризуется большим искажением формы зерен под действием внешних сил, упрочнением металла (наклепа) и появлением в нем внутренних напряжений.

Холодная деформация увеличивает твердость металлов и их прочность при значительном уменьшении пластичности (удлинения и ударной вязкости) теплопроводности и сопротивления коррозии. Однако если наклепанный металл нагреть до температуры рекристаллизации, после охлаждения его прочностные свойства будут такими же, как и до холодной деформации.

29. Пластичность. Сверхпластичность. Методы оценки пластичности.

Пластичность зависит от природы вещества — его химического состава и структурного строения от температуры и скорости деформации, степени наклепа и от усло­вий напряженного состояния в момент деформации.

Сверхпластичность - состояние материала, имеющего кристаллическую структуру, которое допускаетдеформации, на порядок превышающие максимально возможные для этого материала в обычном состоянии

Методы оценки пластичности:

1. Испытание растяжением на разрыв:

Выполняется на специальных испытательных машинах. При таких испытаниях определяется и предел прочности. Показателем пластичности служит относительное удлинение образца:

Или относительное уменьшение площади поперечного сечения в месте разрыва:

где и - принятая для расчета часть длины образца и площадь поперечного сечения образца до испытания;

и - принятая для расчета часть длины образца и площадь поперечного

сечения образца после испытания;

Относительное уменьшение площади поперечного сечения не зависит от расчетной длины и поэтому считается наиболее точной характеристикой.

Относительное удлинение определяется на том участке длины образца, где образуется метка.

2. Испытание осадкой:

Цилиндрические образцы осаживают под молотом или прессом. Показателем пластичности служит относительная деформация по высоте до образования первой трещины на боковой поверхности образца. Этот метод недостаточно точен, т.к. не всегда удается заметить появление первой трещины (при высокой пластичности трещины могут вообще на появиться). Отсутствие трещин на боковой поверхности свидетельствует о достаточной пластичностью.

3. Испытание на скручивание:

Метод заключается в зажиме концов цилиндрического образца в двух головках испытательной машины. В период испытания одна из головок остается неподвижной, а другая вращается, скручивая образец. Показателем пластичности служит число скручиваний образца до разрушения. Испытание на скручивание получило широкое применение, т.к. по сравнению с другими методами оно меньше всего подвержено влиянию нормальных напряжений.

4. Испытание на выдавливание по методу Эриксена:

Данный метод применим для испытания тонких листов. Пластинка листового металла с помощью пуансона со сферической поверхностью продавливается через круглое отверстие матрицы. Для того, чтобы при выдавливании не образовалось складок образец прижимается к матрице кольцевой шайбой. Характеристикой пластичности является глубина вдавливания пуансона (в мм), при которой на поверхности лунки начинают образовываться первые трещины.

5. Испытание прокаткой клиновидного образца (прокатка на клин):

Метод выполняется на валках, имеющих прямоугольный калибр, с постепенно изменяющийся по окружности валка высотой. При прокатке клинового образца обжатие по его длине ведется до появления первых трещин. Характеристикой пластичности служат относительное обжатие на месте образования первой трещины. Пластичность иногда оценивают по косвенным показателям: ударная вязкость, отношение предела текучести к пределу прочностью.

30. Факторы влияющие на сопротивление деформации

1. Влияние природных свойств металла – различные металла обладают разным сопротивлением деформации, что связанно с их химическим составом, строением атомов кристаллической структурой. Чистые тугоплавкие металлы, как правило, имеют более высокое сопротивление деформации, чем легкоплавкие, но это не является общей закономерностью. Податливость различных металлов деформирующим силам оценивают пределом текучести, который представляет сопротивление деформации данного металла в отожженном состоянии, в условиях линейного напряженного состояния и при стандартных температурно-скоростных условиях деформации;

2. Влияние температуры металла – у всех металлов сопротивление деформации при нагреве уменьшается, приобретая минимальные значения вблизи температуры плавления, однако изменения сопротивления деформации при повышении температуры не всегда имеют плавный характер. У стали , например при температурах С имеются отклонения от общей закономерности в сторону повышения значений, что объясняется переходом металла в новую кристаллическую модификацию (рисунок 46);

Рисунок 46 – Зависимость предела прочности стали, содержащей 0,15-0,55% С, от температуры.

 

3. Влияние степени наклепа – при низких температурах, когда рекристаллизация не происходит, существенное влияние на сопротивление деформации оказывает наклеп (упрочнение). Только за счет влияния этого фактора сопротивление деформации может увеличиться в 3-4 раза. Наиболее резкое влияние наклеп оказывает на первых стадиях обработки, до получения суммарной деформации в 40-50%;

4. Влияние скорости деформации – при горячей обработке металлов влияние наклепа тесно связанно с влиянием скорости деформации. Под скоростью деформации понимают приращение степени деформации за единицу времени. Если при растяжении или сжатии с постоянной скоростью за определенное время t сек получена деформация, то скорость деформации будет:. Если скорость протекания процесса непостоянна, то приходится определять скорость деформации для каждого промежутка времени:

 

Наклеп – изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин. На рисунке 3 приведены схемы различных ППД.

 Поверхностное упрочнение достигается:

1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторным дробеметом (рис. 3, а);

2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающегося диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда;

3) накатываем стальным шариком или роликом (60 HRC) (рис. 3, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким и упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью;

4) алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 3, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.