ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ИЗ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ

§ 21. Характеристика литейных сплавов

В литейном производстве основными конструкционными материалами являются сплавы, обладающие рядом преимуществ перед чистыми метал­лами: более прочны; могут изменять свойства с изменением химического состава; имеют более низкую температуру плавления, более высокую

Раздел IV ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1. Сущность обработки металлов давлением

1. Пластическая деформация. Обработка металлов давлением основана
на использовании одного из основных свойств металлов — пластичности.
Она проявляется в необратимом изменении формы и размеров тела под
действием внешних сил без нарушения его целостности, которое сопро-
вождается изменением структуры и механических свойств металла.

Пластическая деформация заключается в перемещении атомов относи­тельно друг друга на расстояния больше межатомных из одних равновес­ных положений в новые. При перемещении атомов в одной кристаллогра­фической плоскости без изменения расстояний между этими плоскостями силовое взаимодействие атомов не исчезает и деформация протекает без нарушения сплошности тела. При перемещении атомов по опреде­ленным плоскостям кристаллической решетки происходит скольжение (сдвиг) одной части кристалла относительно другой (рис. IV. 1, а). Однако этот сдвиг происходит не при одновременном смещении атомов, а путем постепенного перемещения микроскачками вдоль плоскости скольжения несовершенств (дефектов) кристаллического строения. При одновремен­ном сдвиге одной части кристалла относительно другой потребовались бы напряжения, в сотни и тысячи раз перевышающие наблюдаемые при деформации реальных металлов.

При пластической деформации в отличие от упругой нет линейной зависимости между напряжениями и деформациями.

2. Особенности и область применения обработки давлением. Получе-
ние заготовок деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых
размеров и форм при обработке давлением достигается пластическим пере-

мещением (сдвигом) частиц металла. В этом заключается основное отли­чие и преимущество обработки давлением по сравнению с обработкой резанием, при которой форма изделия получается удалением части за­готовки. Поэтому обработка давлением характеризуется малыми отхо­дами металла. Вместе с тем она является высокопроизводительным процессом, так как изменение размеров и формы заготовки достигается однократным приложением внешнего усилия. Указанные особенности обусловливают непрерывное возрастание роли обработки давлением в машиностроении. Обработке давлением подвергают около 90 % всей выплавляемой стали и свыше 50 % цветных металлов.

В Основных направлениях экономического и социального разви­тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года, принятых на XXVI съезде КПСС, поставлена задача повышения эффективности маши­ностроительного производства за счет совершенствования его технологии, в том числе замены технологических процессов, основанных на резании металла, экономичными методами формообразования деталей, а также опережающего роста выпуска кузнечно-прессового оборудования.

§ 2. Факторы, влияющие на пластичность металла

1. Влияние состава. Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Сплавы твердые растворы обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения. Компоненты сплава также влияют на его пластичность. С повышением содержания углерода в стали плас­тичность уменьшается. При содержании углерода свыше 1,5 % сталь с трудом поддается ковке. Кремний понижает пластичность стали. По­этому кипящая малоуглеродистая сталь (08кп, Юкп) с малым содержани­ем кремния применяется при изготовлении деталей холодной штампов­кой глубокой вытяжкой. В легированных сталях хром и вольфрам уменьшают, а никель и ванадий повышают пластичность стали. Сера, соединяясь с железом, образует сульфид железа Ре8, который в виде эвтектики располагается по границам зерен и при нагревании до 1000 °С расплавляется. В результате связь между зернами нарушается и сталь становится хрупкой. Такое явление называется красноломкостью. Мар­ганец, образуя тугоплавкое соединение МпЗ, нейтрализует вредное дей­ствие серы. Фосфор увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вяз­кость стали, вызывая ее хладноломкость.

2. Влияние температуры. По мере повышения температуры нагрева пластичность металлов обычно возрастает, а прочность уменьшается. Однако в углеродистых сталях при температурах 100—400 °С пластич­ность уменьшается, а прочность возрастает. Этот интервал температур называют зоной хрупкости или синеломкости стали, наличие которой объясняется выпадением- мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения при деформации.

3. Скорости деформации — изменение степени деформации е в еди­ницу времени <&/Л. (От скорости деформации следует отличать скорость деформирования — скорость движения деформирующего инструмента.)

Обычно механические свойства металлов определяются при скоростях деформирования до 10 мм/с. Обработка давлением на прессах и ковочных

Рис. 1У.2. Схемы главных на­пряжений и деформаций.

машинах производится при скоростях движения рабочих органов 0,1— 0,5 м/с, на молотах ско­рость деформирования в момент удара 5—10 м/с. Еще большие скорости возникают при штампов-

ке на высокоскоростных молотах (20—30 м/с), штамповке взрывом, элек­тромагнитной штамповке.

В общем случае с увеличением скорости деформации предел текучес­ти возрастает, а пластичность падает. Особенно резко уменьшается плас­тичность некоторых высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. При обработке давлением нагретого металла это можно объяс­нить влиянием двух противоположных процессов: упрочнения при дефор­мации и разупрочнения вследствие рекристаллизации. При больших скоростях деформации разупрочнение может отставать от упрочнения. Кроме того, следует учитывать тепловой эффект пластической деформа­ции, который выражается в том, что энергия, расходуемая на пластиче­скую деформацию, превращается в основном в тепло.

4, Напряженное состояние в элементарно малом объеме характеризуют схемой главных напряжений. Главные напряжения — это нормальные напряжения, действующие в трех взаимно перпендикулярных площадках, на которых касательные напряжения равны нулю. На рис. IV.2, а, б, в, г представлены схемы главных напряжений, наиболее часто встречающиеся при обработке давлением.

Деформированное состояние характеризуется схемой главных дефор­маций, т. е. деформаций в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствуют (рис. ^.2, 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.