Розділ IV

ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ

Глава I

Поняття про процеси обробки металів тиском

§ 1. Обробка тиском як технологічний процес

Обробкою тиском називається технологічний процес одержання фасонних деталей і заготівель методом пластичного деформування в холодному й гарячому стані.

Обробці тиском піддається 90% виплавлюваної сталі, 55% кольорових металів і їхніх сплавів, різні види пластмас і ін. неметалічних матеріалів.

Обробка тиском є високоефективним і прогресивним технологічним процесом. Ковані й штамповані деталі становлять 60―85% від ваги автомобілів, літаків, тракторів і ін. машин.

При обробці тиском одержують не тільки певну форму й розміри, але й досягають необхідні величини показників механічних і фізико-механічних властивостей металу деталей машин.

§ 2. Пластична деформація при обробці

металів тиском

Пластична деформація - складний фізико-хімічний процес, у результаті якого поряд зі зміною форми й будови вихідного металу змінюються його фізико-хімічні властивості.

Як відомо, метали й сплави мають кристалічну будову, що характеризується тим, що атоми в кристалах розташовуються в місцях стійкої рівноваги в строго певному для кожного металу порядку.

У промислових умовах затвердіння металу починається одночасно в багатьох центрах кристалізації й тому метал виходить полікристалічним.

При холодній пластичній деформації під дією зовнішніх сил у кристалі виникають напруги. Поки ці напруги не перевищили певної для даного металу величини, названої межею пружності, відбувається пружна деформація. При пружній деформації атоми відхиляються від місць стійкої рівноваги на відстані, не перевищуючі міжатомні. Після зняття навантаження під дією міжатомних сил атоми повертаються в колишні місця стійкої рівноваги, при цьому змін у будові й властивостях металу не відбувається.

Зі збільшенням зовнішнього навантаження збільшуються й відхилення атомів. При певних для даного металу напругах (границі текучості) атоми зміщаються в нові місця стійкої рівноваги на відстані, значно перевищуючі міжатомні. Після зняття навантаження форма кристала не відновлюється, він одержує пластичну деформацію.

Пластична деформація супроводжується перекручуванням кристалічної структури, утворенням осколків і залишкових деформацій.

Ці явища, утрудняючи процес подальшої деформації, викликають зміни механічних і фізико-хімічних властивостей вихідного металу: міцність, твердість, електроопір й хімічна активність збільшується, а пластичність, ударна в'язкість і магнітна проникність зменшується.

Сукупність змін механічних і фізико-хімічних властивостей у результаті холодної пластичної деформації називається наклепом (зміцненням).

У більшості сплавів завжди присутні неметалічні домішки (окисли, карбіди), які розташовуються між зернами у вигляді плівок або окремих кульок. При обробці тиском ці включення роздрібнюються й витягаються, надаючи металу волокнистої будови, що при макроаналізі виявляється оком.

Величина пластичної деформації металів обмежена їхніми пластичними властивостями.

Більшість металів обробляються тиском у нагрітому стані. Пояснюється це тим, що з підвищенням температури пластичність збільшується, опір деформації зменшується.

Якщо пластична деформація робить зміцнюючий вплив на метал, то підвищення температури викликає його знеміцнення. При незначному нагріванні, що збільшує рухливість атомів, у холоднодеформованому металі зменшуються залишкові напруги й до деякої міри усувається перекручування кристалічної ґратки. При цьому форма й розміри деформованих зерен не змінюються, волокниста структура металу повністю зберігається. У результаті розглянутих явищ, названих поверненням , міцностні властивості металу зменшуються , а пластичні – збільшуються.

Повернення в чистих металів відбувається при температурах

де ― абсолютна температура плавлення металу

Сплави ж мають температуру повернення більш високу, чим чисті метали.

Чим вище температура нагрівання, тим рухоміші атоми й тим активніше протікає повернення. При температурі вище температури повернення в деформованому металі відбувається рекристалізація, тобто процес зародження й росту нових рівновісних зерен з неспотвореною кристалічною структурою замість деформованих. У результаті рекристалізації залишкові напруги знімаються, відновлюються його вихідні властивості й, таким чином, повністю знімається зміцнення, отримане металом у процесі його деформування.

Для чистих металів температура рекристалізації:

Рекристалізація не усуває волокнисту будову, тому що вона не відбувається в неметалічних домішках.

Таким чином, обробка металів тиском при підвищених температурах супроводжується одночасною дією як зміцнюючих, так і знеміцнюючих процесів. Залежно від того, які із цих процесів переважають, обробка тиском підрозділяється на холодну, неповну гарячу й гарячу деформацію.

Холодная деформація характеризується інтенсивним зміцненням і відсутністю повернення й рекристалізації. Міцність різко збільшується, а пластичність зменшується.

При неповній гарячій деформації – рекристалізація відсутня, а повернення відбувається.

При гарячій обробці тиском – зміцнення, отримане металом у процесі пластичної деформації, повністю знімається рекристалізацією, а метал одержує рівноважну мікроструктуру, причому волокниста будова зберігається.