3.5. Упрочнение при холодной деформации металла

Часть обработки металлов давлением (ОМД) проводят при повышенной температуре, используя снижение сопротивления деформации и увеличение пластичности (относительного удлинения ) при увеличении температуры. Схематично эта зависимость представлена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Зависимость и от температуры

Однако в ряде случаев ОМД проводят в холодном состоянии. Эти случаи [5]:

1) когда сечения заготовки малы, а из-за большого отношения поверхности к объему охлаждение происходит так быстро, что практически невозможно обеспечить повышение температуры в зоне деформации. Это прокатка тонких листов, листовая штамповка;

2) при волочении, когда усилие деформации воспринимает выходящий из волоки передний конец изделия; увеличение температуры снизит его прочность; произойдет обрыв;

3) для повышения прочности наклепом; это особенно важно для чистых металлов и однофазных сплавов, увеличение прочности которых термообработкой невозможно;

4) для придания специальных физических, например, магнитных свойств (холодную листовую прокатку применяют при производстве электротехнических сталей – трансформаторных, динамных);

5) для получения изделий повышенной точности размеров и чистоты поверхности (холодная объемная штамповка).

Перед холодной деформацией заготовку не нагревают и температура металла < (0,2…0,25) . Здесь температуры указаны по Кельвину, - температура плавления металла. При этом по ходу деформации движение дислокаций все больше затрудняется. Это приводит к упрочнению металла (наклепу) – повышению сопротивления деформации , а также твердости, по мере увеличения деформации. График зависимости от степени деформации называется кривой упрочнения (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Кривая упрочнения

Зона I на кривой упрочнения. Здесь происходит множественное перемещение дислокаций в двух и более плоскостях скольжения. В поликристалле (рис. 3.13), состоящем из различно ориентированных зерен, деформация

Рис. 3.13. Деформация поликристалла

начинается в зернах, плоскости скольжения которых расположены под углом 45˚ к направлению усилия. Сначала будут деформироваться зерна и , а затем уже (при повышении усилия P) зерна и . То есть деформация осуществляется неравномерно.

В процессе деформации растет число препятствий скольжению дислокаций из-за дробления зерен на более мелкие и увеличения протяженности границ между зернами. Дислокации скапливаются у различных барьеров.

Зона II на кривой упрочнения. При большой деформации повышается температура за счет перехода энергии пластической деформации в тепловую. Происходит перераспределение дислокаций. Интенсивность наклепа снижается. Происходит динамический возврат, то есть снятие внутренних напряжений в процессе деформации.

Пластичность (относительное удлинение ) при наклепе (повышении степени деформации ) снижается, что схематично показано на рис. 3.14.

Рис. 3.12. Зависимость пластичности от степени деформации

Экспериментально такой график можно получить следующим образом. Имеем набор пластин из листового металла исходной толщиной =3 мм. Прокатываем первую пластину в холодном состоянии на лабораторном стане до толщины =2,8 мм. Рассчитываем . Растягиваем прокатанный образец на испытательной машине до разрушения и определяем . В результате получаем точку 1 на графике.

Вторую пластину толщиной =3 мм прокатываем до =2,6 мм. Рассчитываем . Растягиваем образец и определяем . Получаем точку 2 на графике.

Третью пластину толщиной =3 мм прокатываем до =2,4 мм. Рассчитываем . Растягиваем образец и определяем . Получаем точку 3 на графике.

Степень деформации при прокатке определяется по формуле , где S – толщина пластины после прокатки.

На рис. 3.13 приведены примеры изменения и в зависимости от для разных марок сталей. Для стали пластичность понижается с увеличением содержания углерода и легирующих добавок, а прочность повышается.

Рис. 3.13. Изменение и в зависимости от для разных марок сталей