1 Обробка металів тиском

1.1 Пластична деформація

Обробка металів тиском заснована на використанні однієї з основних властивостей металів – пластичності. Вона виявляється в необоротній зміні форми і розмірів тіла під дією зовнішніх сил без порушення його цілісності, що супроводжується зміною структури і механічних властивостей металу.

Пластична деформація полягає в переміщенні атомів відносно один одного на відстані, більші міжатомних, з одних рівноважних положень у нові. При переміщенні атомів в одній кристалографічній площині без зміни відстаней між цими площинами силова взаємодія атомів не зникає і деформація протікає без порушення цілісності тіла. Коли зовнішні сили досягають граничних для даного кристалічного тіла величин, відбувається ковзання (зрушення) однієї частини кристала щодо іншої (рис.1, а). Однак це зрушення відбувається не при одночасному зсуві атомів, а поступовим переміщенням мікрострибками уздовж площини ковзання недосконалостей (дефектів) кристалічної будови. При одночасному зрушенні однієї частини кристала щодо іншої знадобилися б напруження, які у сотні і тисячі разів перевищують ті, що спостерігаються при деформації реальних металів. Це обумовлено тим, що в металі завжди є недосконалості. Основну роль при пластичній деформації відіграють такі недосконалості як дислокації.

При пластичній деформації, на відміну від пружної, немає лінійної залежності між напруженнями і деформаціями.

Рисунок 1 – Схема ковзання (а) і зміни мікроструктури металу при його деформуванні (б, в, г)

1.2 Особливості й область застосування обробки тиском

Виготовлення заготовок деталей, а в деяких випадках і самих деталей необхідних розмірів і форм при обробці тиском досягається необоротним переміщенням (зрушенням) часток металу. У цьому основна відмінність і перевага обробки тиском у порівнянні з обробкою різанням, при якій форма виробу забезпечується видаленням частини матеріалу заготовки. Тому обробка тиском характеризується малими відходами металу. Разом з тим вона є високопродуктивним процесом, тому що зміна розмірів і форми заготовки досягається однократним прикладенням зовнішнього зусилля.

Зазначені особливості обумовлюють безупинне зростання ролі обробки тиском у машинобудуванні. Обробці тиском піддають близько 90% усієї виплавлюваної сталі і понад 50% кольорових металів.

2 Фактори, що впливають на пластичність металу

2.1 Вплив складу

Найбільшу пластичність мають чисті метали. Сплави – тверді розчини – звичайно більш пластичні, ніж сплави, що утворюють хімічні сполуки. Компоненти сплаву також впливають на його пластичність. З підвищенням вмісту вуглецю в сталі пластичність зменшується. При вмісті вуглецю понад 1,5% сталь піддається куванню. Кремній знижує пластичність сталі. Тому кипляча маловуглецева сталь (08 кп, 10 кп) з малим вмістом кремнію застосовується при виготовленні деталей холодним штампуванням глибокою витяжкою. У легованих сталях хром і вольфрам зменшують, а нікель і ванадій підвищують пластичність сталі. Сірка, з’єднуючись із залізом, утворює сульфід заліза FeS, що розташовується по границях зерен і при нагріванні до 1000°С розплавляється. У результаті зв’язок між зернами порушується і сталь стає крихкою. Таке явище називається червоноломкістю. Марганець, утворюючи тугоплавке з’єднання МnS, нейтралізує шкідливу дію сірки. Фосфор збільшує межі міцності і плинності, але зменшує, особливо при низьких температурах, пластичність і в’язкість сталі, викликаючи її холодноломкість.