2.Физико-механические основы обработки металлов давлением

Формообразование обработкой давлением основано на способ­ности заготовок из металлов и других материалов изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Обработка дав­лением — один из прогрессивных, экономичных и высокопроизво­дительных способов производства заготовок в машино- и приборо­строении. Почти 90% всей выплавляемой стали и 60% цветных ме­таллов и сплавов подвергают тем или иным способам обработки давлением — прокатке, прессованию, волочению, ковке, объемной или листовой штамповке.

Обработкой давлением могут быть получены заготовки или де­тали из материалов, обладающих пластичностью, т. е. способнос­тью необратимо деформироваться без разрушения под действием внешних сил. Нарушение сплошности строения материала дефор­мируемой заготовки в большинстве случаев недопустимо и приво­дит к браку.

Установлено, что в монокристаллах пластическая деформация происходит под действием касательных напряжений, вызывающих скольжение атомарных плоскостей друг относительно друга — яв­ление сдвига. Плоскости скольжения характеризуются наиболее плотной упаковкой атомов в направлениях, по которым межатом­ные расстояния минимальны. Поэтому сдвиг атомов в этих плоско­стях приводит к минимальным нарушениям правильности их рас­положения, а следовательно, смещение может быть осуществлено при наименьших напряжениях. Чем больше таких плоскостей в кристаллах, тем более пластичен металл. Одной из главных причин определяющих плоскости скольжения, явл.наличие в них дислокаций. Перемещаясь под действием сил вдоль плоскости скольжения последовательно за счат единичных перемещений атомов, дислокации способствуют снижению напряжений, при которых на­чинается процесс пластического деформирования и. кроме того, существенно увеличивают пластичность металла. После окончания процесса скольжения по ояной или нескольким плоскостям* что означает, как правило, выход дислокаций, расположенных в этих плоскостях, за границу кристаллита, начинается процесс скольже­ния в других плоскостях, где сопротивление было более высоким. Усилие деформирования будет возрастать по мере включения в про­цесс скольжения новых плоскостей с все более высоким уровнем сопротивления движению дислокаций.

Таким образом, механизм пластического деформирования сколь­жением при обработке давлением можно представить как лавино­образныи процесс движения дислокаций вдоль плоскостей сколь­жения под влиянием сдвиговых напряжений

Другой механизм пластического деформирования — двойни ко­вание, или двойниковый сдвиг — чаше всего встречается в металлах и сплавах, имеющих гексагональную, или объемно центрированную кубическую решетку. В отличие от обычного сдвига двойниковый совершается только раз и не приводит к значительным пластическим деформациям. Однако вместе с ним появляются дополнительные очаги сдвиговой деформации по механизму обычного скольжения (под­робнее см. гл. 7).

Именно возможностью сочетания двойникования и сдвига объяс­няется высокая пластичность меди, аустенита, серебра, а-латуни, цинка, магния и др.

Процессы, происходящие при деформировании поликристалли­ческих тел, в которых кристаллиты разделены границами и имеют плоскости скольжения, различно ориентированные в пространстве значительно более сложны, так как в поликристаллическом теле деформация одного, отдельно взятого зерна практически невозможна. Любое перемещение атомов в результате скольжения или двойни- кования обязательно вызывает соответствующие групповые пере­мещения по границам зерен или в самих соседних зернах.

Механизм деформирования поликристаллического тела при об­работке давлением можно представить в такой последовательности. Вначале под действием приложенных сил начинается сдвиговая пластическая деформация в зернах, плоскости скольжения которых совпадают или близки вектору максимальных касательных напряжений, а также по плоскостям, плот­ность дислокаций в которых максималь­на. Затем в процесс последовательно включаются плоскости, сопротивление сдвигу которых более высокое. Одновре­менно происходит смещение и поворот соседних зерен, т.е. переориентация их в пространстве и по отношению к дей­ствующим силам. Зерна, переориенти­рованные в положения, благоприятные для деформирования, включаются в этот процесс, вызывая поворот других, со­седних с ними зерен, и т. д.

Одновременно со сдвигом протекают и процессы двойникова­ния. В результате структура металла, подвергнутого значительным пластическим деформациям, характеризуется вытянутыми зернами, ориентированными в направлении интенсивного течения металла (рис. 23.1). Структура приобретает «строчечное строение». Границы зерен образуют вытянутые волокна, а зерна вид строчек.

Свойства металла в направлении деформации -прочность и удлинение — существенно повышается.

Элементарные технологические процессы обработки металлов дав­лением делятся на два больших класса: металлургические процессы и машиностроительные процессы. Каждый из этих классов подразделяется на группы согласно общей классификации

Классификация металлургических процессов ОМД

Все металлургические процессы, предназначенные для формообра­зования полуфабрикатов, из которых изготавливаются затем детали летательных аппаратов с помощью машиностроительных процессов, под­разделяются на следующие группы

процессы прокатки;

процессы прессования;

процессы волочения.

Классификация машиностроительных процессов ОМД

Все машиностроительные процессы ОМД подразделяются на два ви­да: разделительные процессы, предназначенные для формообразования деталей и заготовок упругопластическим сдвигом (отделения одной части заготовки от другой ее части), и формообразующие процессы, предназначенные для формообразования деталей без разрушения, ис­пользующие пластические свойства металла или сплава.

Каждый из этих видов, в свою очередь, подразделяется на под­виды (области) в зависимости от исходных полуфабрикатов :

процессы листовой штамповки;

процессы формообразования деталей из профилей и труб;

процессы формообразования деталей из объемных (в том числе прутковых) полуфабрикатов;

процессы формообразования деталей из дискретных полуфабри­катов (гранул, порошков, волокон).