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.)
Рис. 4.2. Схемы главных напряжений и деформаций |
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. 4.2, 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. 4.2, 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.
3. Холодная и горячая обработка металлов давлением
1. Наклеп и рекристаллизация металлов. При деформировании металлов повышается плотность дефектов кристаллического строения и возрастает сопротивление их перемещению. С увеличением степени деформации пределы прочности и текучести, а также твердость увеличиваются, а пластичность и вязкость снижаются; возрастают остаточные напряжения. Упрочнение металлов при пластической деформации называется наклепом. В результате упрочнения пластические свойства металлов могут снизиться настолько, что дальнейшая деформация вызывает разрушение.
При наклепе металл переходит в термодинамически неустойчивое состояние с повышенным запасом внутренней энергии, поэтому он стремится самопроизвольно перейти в более равновесное состояние. При нагреве наклепанного металла до температур, составляющих 0,2—0,3 от температуры плавления Тпл (возврате), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внутренние напряжения без изменения микроструктуры и свойств деформированного металла.
При нагреве деформированных металлов выше 0,4ТПЛ образуются новые равноосные зерна и свойства металла возвращаются к их исходным значениям до деформации. Процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в деформированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьшением прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств, называется рекристаллизацией. Наименьшая температура, при которой начинается процесс рекристаллизации и разупрочнения металла, называется температурой рекристаллизации. Величина зерна после рекристаллизации зависит от степени и скорости деформации, а также температуры и длительности нагрева.
2. Холодная и горячая деформация. В зависимости от температурно-скоростных условий при деформировании могут происходить два противоположных процесса: упрочнение, вызываемое деформацией, и разупрочнение, обусловленное рекристаллизацией. В соответствии с этим различают холодную и горячую деформацию. Холодное деформирование производится при температурах ниже температуры рекристаллизации и сопровождается наклепом металла. Горячее деформирование протекает при температурах выше температуры рекристаллизации. При горячей деформации также происходит упрочнение металла (горячий наклеп), но оно полностью снимается в процессе рекристаллизации. При ней пластичность металла выше, а сопротивление деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации. Деформация, после которой происходит только частичное разупрочнение, называется неполной горячей деформацией.
4. Влияние обработки давлением на структуру и механические свойства металлов и сплавов
1.Изменение структуры литого металла при деформации. Структура слитков, которые обычно являются исходными заготовками при обработке давлением, неоднородна (рис. 4.1, б). Основу ее составляют зерна первичной кристаллизации (дендриты) различной величины и формы, на границах которых скапливаются примеси и неметаллические включения. В структуре слитка имеются также поры, газовые пузыри. Высокая степень деформации при высокой температуре вызывает дробление зерна, а также частичное заваривание пор.
2.Полосчатость. Зерна и межкристаллические прослойки с повышенным содержанием неметаллических включений вытягиваются в направлении наибольшей деформации. В результате структура металла приобретает полосчатое (волокнистое) строение (рис. 4. 1, в). Волокнистость оказывает влияние на механические характеристики, вызывает их анизотропию. В поперечном направлении ударная вязкость на 50—70 %, относительное сужение — на 40 %, относительное удлинение — на 20% меньше, чем вдоль волокон. Наличие полосчатой микроструктуры и анизотропии свойств в деформированном металле необходимо учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить в них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль, а перерезывающие усилия — поперек волокон, а также, чтобы они не перерезались при обработке резанием. При необходимости повысить пластичность металла в поперечном направлении следует произвести обжатие заготовки в направлении, перпендикулярном прежнему, т. е. вдоль волокон. Желательно, чтобы у поверхности детали волокна повторяли ее очертания (рис. 4. 1, г). В этом случае повышаются прочность и другие служебные свойства детали.
ЛЕКЦИЯ 5
Дата добавления: 2016-10-17; просмотров: 1529;