Физико-механические основы обработки давлением

При воздействии на металл заготовки внешних сил он деформируется. Сначала в металле возникает упругая деформация. При увеличении действующих сил упругая деформация переходит в пластическую. Особенностью пластической деформации является то, что после снятия нагрузки она не исчезает, в отличие от упругой деформации, исчезающей при снятии внешних сил. В результате возникновения в заготовке пластической деформации первоначальные размеры и форма заготовки после снятия нагрузки не восстанавливаются.

Пластическая деформация заключается в перемещении атомов металла относительно друг друга на расстояния больше межатомных из одних равновесных положений в новые. При перемещении атомов в одной кристаллографической плоскости без изменения расстояния между этими плоскостями силовое взаимодействие атомов не исчезает, и деформация протекает без нарушения сплошности тела.

Основным видом пластической деформации является скольжение. При скольжении происходит параллельное смещение отдельных частей кристаллов по определённым кристаллографическим плоскостям – плоскостям скольжения [6, рис.51]. В результате скольжения отдельные части кристаллита могут смещаться на расстояния, во много тысяч раз превышающие величину межатомных расстояний.

Если представить пластическую деформацию как одновременное перемещение всех атомов в плоскости скольжения (синхронный или жесткий сдвиг), то, как показывают расчеты, на это потребовались бы очень большие напряжения. В реальных металлах пластическая деформация происходит при напряжениях меньше теоретических в сотни и тысячи раз. Это объясняется исходя из дислокационного механизма пластического деформирования.

По современным представлениям пластическая деформация происходит под действием напряжений в результате последовательного перемещения небольшого числа атомов в области дислокации или иначе, перемещения дислокаций [6, рис. 52].

Процессу пластического деформирования свойственны следующие закономерности:

1 При ОД объем металла практически не изменяется:

V_{деф. тела} = V_{тела до деф.}

2 При ОД металл течет в сторону наименьшего сопротивления.

3 Деформирование происходит в результате действия внутренних напряжений, возникающих на плоскостях скольжения.

4.2.1 Основные факторы, влияющие на пластичность металла

Величина пластической деформации не безгранична, при определённых её значениях начинается разрушение металла.

Величина предельной деформации зависит от пластичности металла и на неё оказывают влияние многие факторы.

Влияние химического состава. Наибольшей пластичностью обладают чистые металлы. Компоненты сплава оказывают различное влияние на его пластичность. В стали углерод и кремний снижают пластичность. Сера вызывает красноломкость, фосфор - хладноломкость. Марганец нейтрализует вредное действие серы. В легированных сталях Cr и W снижают пластичность, а Ni, Mo и V – повышают.

Влияние температуры. По мере повышения температуры нагрева пластичность металла обычно возрастает, а прочность уменьшается. В то же время для углеродистых сталей характерно наличие интервала синеломкости (при температуре 100…400 ⁰С)

Влияние скорости деформации. Скорость деформации – изменение степени деформации в единицу времени de/dt. В общем случае с увеличением скорости деформации предел текучести возрастает, а пластичность падает. Особенно резко падает пластичность высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. Для каждого сплава существует определённая критическая скорость деформации, превышать которую не рекомендуется. Это необходимо учитывать, т.к. при некоторых видах ОМД развиваются значительные скорости деформации (на прессах и ковочных машинах - 0,1…0,5 м/с, на молотах – 5…10 м/с, при штамповке на высокоскоростных молотах – 20…30 м/с). Механические свойства металлов определяются при скоростях деформирования до 10 м/с.

Влияние напряженного состояния. Деформируемое состояние металла характеризуется схемой приложенных напряжений. При этом, чем больше напряжение сжатия и меньше напряжения и деформации растяжения, тем выше пластичность обрабатываемого металла. Наибольшей пластичностью обладает металл в условиях всестороннего неравномерного сжатия. Схемы напряженного состояния в различных процессах обработки давлением различны, вследствие чего для каждого процесса и температурно-скоростных условий различна величина предельной деформации.