Методы оценки пластичности

При разработке технологических режимов обработки металлов давлением важно иметь характеристики пластичности металла при различных температурах и скоростях деформации для назначения безопасных для целостности металла степеней де­формации.

Установить единый показатель пластичности невозможно, так как пластичность зависит от механической схемы деформации и не является константой металла.

В связи с этим для оценки пластичности применяют несколько показателей, каждый из которых называют показателем единичной пластичности.

В качестве показателей единичной пластичности обычно применяют следующие: сужение площади при разрыве; остаточное удлинение при разрыве; относительную деформацию при осадке образца до появления первой трещины; число скручиваний образца до разрушения; ударную вязкость.

Сужение площади при разрыве образца

где и— площади исходного сечения образца и площадь се­чения шейки после разрыва.

Этот показатель пластичности является одним из основных для процессов обработки давлением, особенно при наличии в схеме растягивающих напряжений.

Относительное удлинение при разрыве

где— расчетная длина образца до разрыва;

— после разрыва. Как известно, относительное удлинение зависит от длины расчетной части образца, что является недостатком этого показателя.

Относительная деформация при осадке образца до появления первой трещины

где— исходная высота образца;

— высота в момент появления первой трещины на боковой поверхности образца.

Этот показатель широко применяют для оценки пластичности в процессах обработки давлением в условиях всестороннего сжатия. Однако этот метод оценки пластичности является субъектив­ным, так как появление первой трещины определяется визуально.

Метод кручения цилиндрического образца с определением числа оборотов до разрушения в качестве характеристики пластичности особенно широко начали применять в последнее время. При кручении схема напряженного и деформированного со­стояния характерна для чистого сдвига — плоское напряженное состояние, плоская деформация, гидростатическое давление рав­но нулю. Поэтому пластичность, определенная этим методом, яв­ляется константой вещества.

Однако показатель пластичности, полученный при кручении, не характеризует поведение металла при переходе к схемам, имеющим напряжения растяжения и сжатия, что характерно для процессов обработки металлов давлением.

Ударная вязкость, определяемая изломом надрезанного образца на копре Шарпи, не является характеристикой только пластичности. Работа при изломе образца зависит от величины деформации до излома и от сопротивления деформации. Поэтому при малой пластичности и высокой прочности ударная вязкость может получиться такой же, как при высокой пластичности и малой прочности.

При выборе характеристики пластичности необходимо учитывать схему напряженного состояния металла в процессе обра­ботки давлением. Например, при волочении максимальным на­пряжением является напряжение растяжения, поэтому в качестве показателя пластичности можно принять сужение площади образца при разрыве.

Пластичность металла при свободной ковке можно характеризовать относительной осадкой образца до появления трещины.

Однако при обработке давлением в большинстве случаев напряженное состояние неоднородно: изменяются величина и направление главных напряжений, могут изменяться и их знаки, В результате этого, например, при всестороннем внешнем сжатии в отдельных частях деформируемого тела могут появиться на­пряжения растяжения. Поэтому С. И. Губкин предлагает харак­теризовать пластичность металла средним показателем, представляющим собой среднее арифметическое нескольких единич­ных показателей. Практически можно принять среднее из показателей сужения площади при разрыве и максимального от­носительного обжатия при появлении трещины в процессе осадки [13].

М. А. Зайков и В. Н. Перетятько предложили критерий пластичности для оценки пластичности, который не зависит от схемы напряженного состояния и, следовательно, от метода его определения (осадка, растяжение, кручение и т. п.). Авторы метода исходят из положения, что, поскольку пластическая деформация осуществляется сдвигом, за меру пластичности должна быть принята деформация сдвига — октаэдрический сдвиг, т. е. сдвиг по октаэдрической площадке. Зависимость пластичности от схемы напряженного состояния авторы предлагают учитывать критерием напряженного состояния

Критерий пластичности П представляет собой отношение ок-таэдрического сдвигак критерию напряженного состояния, т. е.

где

После ряда преобразований можно записать

Из которого пользуясь условием постоянства объема можно получить

з начения величины октаэдрического сдвига

Кроме указанных методов оценки пластичности, применяют также методы, приближающиеся по условиям деформации к тем или иным технологическим процессам обработки давлением. Так, способность листового материала подвергаться глубокой вытяж­ке при холодной штамповке изделий оценивают испытанием ли­стовых образцов на приборе типа Эриксена. Показателями пластичности (штампуемости) являются глубина лунки до появления трещины, форма трещины и вид поверхности лунки.

Пластичность металлов при горячей прокатке оценивают при помощи клиновидных образцов, прокатываемых на цилиндрических валках, или при помощи призматических образцов, про­катываемых на валках переменного радиуса. При такой прокатке обжатие изменяется по длине образца. Показателем пластичности является относительное обжатие, соответствующее появлению первой трещины на боковой поверхности образца. Этот метод позволяет на одном образце при одинаковых температурных условиях получать различные степени деформации.

Во всех приведенных экспериментальных методах определения пластичности правильнее говорить о характеристике деформируемости данного процесса ОМД.

Деформируемость – способность металла деформироваться без разрушения в каждом конкретном процессе ОМД