Влияние пластической деформации на физико-химико-механические свойства металла

Воздействие холодной пластической деформации на механические свойства не ограничиваются только ростом прочностных характеристик и снижением показателей пластичности. Холодная пластическая деформация способна создавать анизотропию физико-химико-механических свойств металла. Связано это явление с тем, что в процессе деформирования первоначально хаотически расположенные плоскости скольжения в разных зернах поворачиваются в пространстве с постепенным уменьшением их разориентировки. Образование преимущественной ориентировки однотипных кристаллографических осей и плоскостей, которую называют текстурой, приводит к анизотропии свойств поликристаллического тела, до некоторой степени совпадающей с анизотропией монокристалла, имеющего такую же кристаллическую решетку. Анизотропия свойств проявляется в различии прочностных характеристик, свойств пластичности, электропроводности, электросопротивления, намагничивания, коррозии, износа и т. п.

Приведем некоторые данные об изменении механических и физических свойств (в процентах от значений этих показателей в недеформированном металле). Так, для низкоуглеродистой (до 0,07 % С) стальной холоднотянутой проволоки при уменьшении площади поперечного сечения на 96 % предел упругости составляет 125 % от первоначального, предел текучести 282 %, предел прочности 150 %, удлинение при разрыве 87 % , сужение площади при разрыве 83 %, твердость 192%, плотность уменьшается на 1 %, продолжительность растворения в разбавленной Н₂SO₄ сокращается на 503 %, удельное электросопротивление составляет 0,92 % от первоначального. Эти данные получены при испытании вдоль оси проволоки. Отмечается также, что благодаря возникновению текстуры преимущественной ориентировки наблюдается значительное изменение модуля упругости. Например, после холодной прокатки меди (кубическая гранецентрированная решетка) максимальное значение модуля упругости будет в продольном и поперечном направлениях по отношению к прокатке, а минимальное в направлениях под углом 45° по отношению к направлению прокатки.

При получении листов и прутков прокаткой или прессованием можно строить технологический процесс таким образом, чтобы в конечном продукте была определенная текстура или же чтобы анизотропия отсутствовала, и металл был квазиизотропен.

Обработка давлением литой заготовки (слитка) приводит к дроблению крупных кристаллитов и вытягиванию прядей неметаллических включений в направлении наиболее интенсивного течения металла. В металле образуется полосчатость структуры, приводящая к анизотропии свойств. Полосчатость макроструктуры является стойким образованием, на которое термообработка практически не оказывает влияния. При обработке давлением можно изменить характер расположения волокон неметаллических включений в получаемом изделии, так как волокна могут изгибаться и вытягиваться в направлении интенсивного течения при ковке или штамповке. Управляя течением металла при обработке давлением, можно расположить волокна в изделии наиболее рациональным образом с тем, чтобы улучшить служебные свойства получаемых деталей.

Из вышеизложенного следует, что обработка металлов давлением оказывает влияние на строение металла и на его физико-химико-механические свойства. Стремление создать рациональные конструкции машин и приборов может дать положительные результаты, если при конструировании составляющих их деталей будет обращено внимание не только на выбор марки металла или сплава, но и на технологию, с помощью которой может быть изготовлена конструируемая деталь. Ниже будут изложены особенности различных видов обработки давлением для изготовления разнообразных деталей. Одновременно будет обращено внимание на необходимость создания технологичных конструкций деталей, которые, сохраняя желаемые служебные свойства, позволяют обеспечить изготовление их обработкой давлением с минимальными трудозатратами, при минимальной длительности технологического процесса и себестоимости изготовления заданных деталей.

Ковка

Крупные поковки из черных и цветных металлов и сплавов, а также из тугоплавких и радиоактивных металлов изготовляют ковкой. Так масса стальных поковок может быть до сотен тонн. Для наиболее ответственных деталей самых разнообразных отраслей машиностроения заготовками являются поковки. Это колонны мощных гидравлических прессов, котлы высокого давления, реакторы атомных установок, коленчатые валы судовых установок и др. В последние годы область применения ковки расширяется. Это вызвано тем, что применение безокислительного нагрева и создание кузнечного оборудования (радиально-обжимные машины), оснащенного автоматизированным программным управлением, обеспечивают возможность получения высокоточных поковок с хорошим качеством поверхности, а универсальный инструмент (бойки) обеспечивает наивысшую гибкость автоматизированного производства.