IV. Обработка металлов давлением

1. Сущность обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться (изменять свою форму и размеры без разрушения) под действием внешних сил.

В зависимости от величины напряжений, возникающих в металле при нагрузке, различают упругую и пластическую деформации. При упругих деформациях деформируемая заготовка восстанавливает форму и размеры после снятия внешних сил. При пластических деформациях изменение формы и размеров сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация приводит к смещению атомов на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются на величины, бóльшие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил занимают новые положения равновесия. В новые положения равновесия атомы могут переходить в результате смещения в определенных параллельных плоскостях, без существенного изменения расстояний между этими плоскостями. Деформация происходит без нарушения сплошности металла, плотность которого практически не изменяется (рис. 22, б, в, г). Скольжение одной части кристаллической решетки относительно другой происходит по плоскостям наиболее плотного размещения атомов (плоскостям скольжения) (рис. 22, а). В реальных металлах кристаллическая решетка имеет линейные дефекты (дислокации), перемещение которых облегчает скольжение.

Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начаться разрушение металла.

2. Факторы, влияющие на пластичность металла

Пластичность металла зависит от его химического состава. Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Сплавы  твердые растворы обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения. С повышением содержания углерода в стали пластичность уменьшается. Кремний понижает пластичность стали.

В легированных сталях хром и вольфрам уменьшают, а никель и ванадий повышают пластичность стали. Сера, фосфор охрупчивают сталь.

Марганец, образуя тугоплавкое соединение MnS, нейтрализует вредное действие серы. При отсутствии марганца сера может образовать легкоплавкую эвтетику Fe FeS, способствующую образованию горячих трещин при обработке давлением. Фосфор увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вязкость стали, вызывая ее хладноломкость.

Пластичность литого металла ниже, чем того же, но деформированного.

Металл, имеющий мелкозернистую структуру, пластичнее крупнозернистого.

Стали, подвергнутые отжигу, пластичнее закаленных, а цветные металлы имеют пластичность выше после закалки.

Равномерное расположение неметаллической фазы и приближение ее формы к форме шара увеличивает пластичность.

Пластичность зависит также от скорости деформации  изменения степени деформации  в единицу времени . В общем случае с увеличением скорости деформации предел текучести возрастает, а пластичность падает.

Н апряженное состояние металла. Деформированное состояние характеризуется схемой главных деформаций, т.е. деформаций в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствуют (рис. 23, д, е, ж). Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций позволяет судить о характере главных напряжений и деформаций при различных видах обработки давлением и пластичности металла: чем больше сжимающие напряжения и меньше напряжения и деформации растяжения, тем выше пластичность обрабатываемого металла. Повысить сжимающие напряжения при обработке давлением можно, например, оказывая боковое давление на металл жесткими стенками инструмента (рис. 23, б, в, г). Схема напряжений, рис. 23, а, реализуется при прессовании металлов и горячей объемной штамповке.

По мере повышения температуры нагрева пластичность металлов возрастает, а прочность уменьшается. Однако в углеродистых сталях при температурах 100…400 С пластичность уменьшается, а прочность возрастает.