Влияние химического состава
Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы и сплавы, образующие твердые растворы, наихудшими пластическими свойствами сплавы, образующие механические смеси и химические соединения. Техническое железо пластичнее, чем сталь, алюминий пластичнее дюралюмина и т.д.
Рассмотрим влияние примесей, содержащихся в стали, на ее пластические свойства.
С увеличением содержания углерода в стали пластичность ее падает, а сопротивление деформированию растет. Стали, содержащие углерод до 0,5%, обладают хорошей пластичностью и хорошо поддаются обработке давлением. Обработка сталей, содержащих от 0,5 до 1% углерода, затруднена. С повышением содержания углерода в стали растут прочность и твердость. При этом снижается пластичность. Параметры, характеризующие пластичность, падают.
Содержание кремния в углеродистых сталях в пределах 0,17 …0,35%, а марганца в пределах 0,3 … 0,85% не оказывает заметного влияния на пластичность стали. Дальнейшее повышение содержания Si и Mn в стали приводит к снижению ее пластических свойств.
Сера находится в стали в виде химических соединений FeS и МnS. Она вызывает красноломкость стали. Причина этого наличие эвтектики (FeS + Fe) с температурой плавления 1258 К (985°С), располагающейся по границам зерен. К моменту нагрева стали до ковочных температур 1473 К (порядка 1200°С) эвтектика оплавляется и при горячей обработке в металле возникают трещины. По этой причине содержание серы в стали не должно превышать 0,03 … 0,05%.
Фосфор присутствует в твердом растворе (феррите). Он вызывает хладноломкость стали, поэтому содержание его должно быть не более 0,03 … 0,05%.
Азот, кислород и водород в стали значительно снижают ее пластичность и повышают порог хладноломкости.
Влияние температуры
Температура оказывает существенное влияние на пластичность
металлов и сплавов. Рассмотрим влияние температуры нагрева на
Рис. 2. Изменение механических свойств углеродистой стали в зависимости от температуры механические свойства стали, содержащей 0,42% углерода (рис. 2).
Увеличение температуры примерно до 100°С вызывает некоторое повышение пластичности δ и уменьшение прочности σв стали. При температуре около ЗОО°С наблюдается повышение прочности и снижение пластичности. Предполагается, что это вызвано выделением дисперсных частиц карбидов, нитридов и т. п. по плоскостям скольжения. Такое явление получило название синеломкости. Дальнейшее повышение температуры приводит к понижению прочности стали. Характеристика пластичности δ в интервале температур 800 … 900°С резко понижается. Причиной этого считают фазовый наклеп при перекристаллизации. Металлические фазы обладают различной пластичностью, вследствие чего происходит разрушение металла по их границам. Подобная закономерность характерна и для других металлов и сплавов.
Влияние скорости деформации
Скоростью деформации называется изменение степени деформации в единицу времени. Она выражается формулой
При горячей обработке увеличение скорости деформации понижает пластичность в том случае, если скорость упрочнения металла
вследствие его деформирования превышает скорость разупрочнения вследствие нагрева.
При холодной деформации увеличение скорости деформации вызывает нагрев металла по плоскостям скольжения. Тепло, аккумулируясь в металле, способствует развитию процессов разупрочнения, что, в свою очередь, сказывается на повышении пластичности металла.
Скорость деформации связана с понятием скорости деформирования, которым определяется скорость хода инструмента (например, пресса или молота).
Taк, при осадке скорость деформирования:
Следовательно, скорость деформации зависит от скорости деформирования и размера тела в направлении деформации.
В зависимости от скорости деформирования все способы обработки давлением делятся на низкоскоростные и высокоскоростные.
При обработке давлением на прессах скорость деформирования составляет 0,1 … 0,5 м/с. При обработке давлением на молотах скорость деформирования в момент удара достигает 5 … 10 м/с. Указанные способы обработки давлением относятся к низкоскоростным.
При высокоскоростных методах (обработка взрывом, магнитноимпульсная обработка и др.) скорость деформации может достигать
200 … 300 м/с.