Нагрев металла перед обработкой давлением. Температурный интервал обработки давлением.
При определенных температурах пластичные материалы обладают высокой пластичностью и низким сопротивлением деформированию. Эти температуры имеют верхний и нижний пределы, между которыми лежит температурный интервал обработки давлением.
При холодной деформации (т.е. при температурах для чистых металлов обычно ниже 0.3 абсолютной температуры плавления) происходит упрочнение (наклеп) деформируемого металла. При этом наблюдается вытягивание его зерен в направлении деформации, создается определенная кристаллографическая ориентировка зерен (текстура), происходит искажение кристаллографических решеток, накопление дополнительных (вторичных) напряжений и др. Явления. Пределы прочности, текучести и твердость металла увеличиваются, а относительное удлинение, поперечное сужение и ударная вязкость уменьшаются. С увеличением деформации упрочнение возрастает, дальнейшая деформация становится затруднительной и, наконец, невозможной. Тогда наступает разрушение деформируемого металла.
При повышении температуры деформации в металле возникают процессы, препятствующие упрочнению, а именно возврат (отдых) и кристаллизация (разупрочняющие процессы).
Возврат, признаки которого проявляются при температуре обычно свыше 0.3 абсолютной температура плавления, заключается в уменьшении получаемых при деформации искажении кристаллографической решетки и снижение дополнительных напряжений. Однако при наличии возврата признаки упрочнения все же проявляются, хотя в меньшей степени, поэтому основную роль в разупрочнении играет рекристаллизация, признаки которой проявляются при температуре обычно свыше 0.4 температуры плавления.
Рекристаллизация заключается в появлении в деформированном слое металла новых центров кристаллизации и росте вокруг них новых зерен с новой ориентировкой кристаллографической решетки и новыми границами между зернами. При полностью протекшей рекристаллизации деформированный металл не имеет следов упрочнения.
Если рекристаллизация протекает не полностью, то наблюдается снижение пластичности. Это объясняется тем, что металл становится неоднородным в результате наличия рекристаллизованных и нерекристаллизованных зерен, а часто и неоднофазного состояния (если температура совпадает с температурой фазовых превращений). Поэтому необходим нагрев до температуры, обеспечивающей полную рекристаллизацию металла при ковке или штамповке. Это определяет нижнюю границу температурного интервала горячей обработки металлов давлением.
Завершение процесса рекристаллизации зависит не только от температуры, но и от скорости деформации, поскольку рекристаллизация протекает не мгновенно. Этим объясняется меньшее сопротивление деформирования металла в горячем состоянии на прессе, чем на молоте. С повышением температуры пластичность увеличивается. Однако при температурах, близких к температуре плавления происходит оплавление и окисление металла по границе зерен, связь между зернами нарушается, и металл полностью теряет пластичность и прочность. Это явление называется пережогом.
Ниже температуры пережога находится температура перегрева. При этой температуре в металле происходит процесс непрерывного роста зерен (собирательная кристаллизация). Эту температуру можно назвать критической. В то же время, при обработке давлением зерна разрушаются. Поэтому для ряда металлов, например для большинства сталей, крупнозернистость не является препятствием при ковке и штамповке. Таким образом, верхний интервал горячей обработки давлением находится либо ниже температуры перегрева, либо ниже температуры пережога, в пределах температуры перегрева (зависит от вида и свойств металла).
Значение температур начала и конца обработки давлением для сплавов, имеющих основу, резко колеблются в зависимости от содержания в них других компонентов. Например, для различных деформируемых алюминиевых сплавов верхний предел находится между 470 - 500˚С, нижний – между 350 - 400˚С; у медных сплавов верхний предел – между 700 - 900˚С, нижний – между 550 - 800˚С; у магниевых сплавов верхний – 370 - 430˚С, нижний – 300 - 350˚С; у титановых сплавов верхний – 1000 - 1200˚С, нижний – 700 - 950˚С; у стали верхний – 1100 - 1300˚С, нижний – 800 - 950˚С.
Если отметить на диаграмме состояние сплава железо – углерод температурный интервал обработки давлением углеродистых сталей, то его верхний предел будет находиться на кривой, проходящей на 150 - 200˚С ниже линии солидуса. Нижний предел температурного интервала для углеродистых сталей соответствует примерно 800˚С, т.е. приблизительно на 75˚С выше линии PSK. Таким образом, сталь, содержащая от 0.4% до 1% С от начала до конца обработки давлением находится в однофазном состоянии (аустенит).Углеродистую сталь с меньшим содержанием углерода заканчивают обрабатывать при наличии в ней двух фаз: аустенита и феррита. При этом получается некоторый наклеп, который легко снимается последующей термической обработкой.
Углеродистую сталь, содержащую более 1%С, заканчивают обрабатывать также при наличии в ней двух фаз: аустенита и вторичного цементита. Но в данном случаи обработка давлением, дробя сетку цементита, оказывает благоприятное влияние на структуру стали. Температурный интервал ковки и штамповки цветных металлов и сплавов определяют по диаграмме пластичности, кривым течения, диаграммам сопротивления деформации, диаграммам состояния и диаграммам рекристаллизации.