 |
Влияние различных факторов на пластичность металла.
|
|
|
|
1.1. Влияние химического состава
Чистые металлы обладают более высокой пластичностью, чем их сплавы. Например, медь пластичнее ее сплава с оловом (бронзы). Сплавы, образующие твердые растворы, обычно более пластичны, чем сплавы, образующие химические соединения и механические смеси. Большей пластичностью обладают металлы, у которых больше разница между пределами прочности и текучести.
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, 10кп) 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 
, который в виде эвтектики располагается по границам зерен и при нагревании до 1000о расплавляется. В результате связь между зернами нарушается и сталь становится хрупкой. Такое явление называется красноломкостью.
Марганец, образуя тугоплавкое соединение 
, нейтрализует вредное действие серы.
Фосфор увеличивает пределы прочности и текучести, но уменьшает, особенно при низких температурах, пластичность и вязкость сталей, вызывая их хладноломкость.
Пластичность литого крупнозернистого металла ниже, чем деформированного, имеющего мелкозернистую структуру. Снижают пластичность поры, газовые пузыри, неметаллические включения, микро - и макротрещины.
1.2. Влияние температуры
Качественная зависимость пластичности от температуры представлена на рис.
|
|
|
Влияние температуры неоднозначно. Малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, с повышением температуры, становятся более пластичными (1). Высоколегированные стали имеют большую пластичность в холодном состоянии (2). Для шарикоподшипниковых сталей пластичность практически
Рис. Влияние температуры на пластичность сталей
не зависит от температуры (3). Отдельные сплавы могут иметь интервал повышенной пластичности (4). Техническое железо в интервале 800…1000 0С характеризуется понижением пластических свойств (5). При температурах, близких к температуре плавления пластичность резко снижается из-за возможного перегрева и пережога.
Для углеродистых сталей в интервале температур 100–300оС, называемом зоной синеломкости, пластичность несколько уменьшается, а прочность возрастает. Это явление объясняется выпадением мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения при деформации. Пластичность также несколько снижается в области фазовых превращений.
Резкое снижение пластичности при высоких температурах связано с чрезмерным ростом зерен. Это явление называется перегревом. Структуру перегретой стали в большинстве случаев можно исправить отжигом. При нагреве стали до температуры, близкой к температуре плавления, происходит образование оксидов по границам зерен и расплавление легкоплавких межзеренных прослоек, что приводит к появлению трещин и потере пластичности. Это явление называется пережогом. Оно не устраняется термической обработкой, и пережженный металл отправляется на переплавку.
1.3. Влияние скорости деформации
Скорость деформации – это изменение степени деформации 
в единицу времени 
. В общем случае с увеличением скорости деформации пластичность падает. Особенно резко уменьшается пластичность некоторых высоколегированных сталей, магниевых и медных сплавов. Это можно объяснить при обработке нагретого металла влиянием двух противоположных процессов: упрочнения при деформации и разупрочнения вследствие рекристаллизации. При больших скоростях деформации разупрочнение может отставать от упрочнения. Однако при очень больших скоростях деформации пластичность металла вновь возрастает (штамповка взрывом, на высокоскоростных молотах). Это объясняется тем, что теплота, в которую переходит работа деформации, не успевает рассеяться и приводит к разогреву деформируемого металла, и как следствие, к повышению пластичности.
|
|
|
1.4. Влияние напряженного состояния
Напряженное состояние характеризуется схемой главных напряжений, действующих в элементарно малом объеме, выделенном в деформируемом теле.
Главными называют нормальные напряжения, действующие в трех взаимноперпендикулярных площадках, на которых касательные напряжения равны нулю. Всего имеется девять схем главных напряжений: четыре объемные, три плоские и две линейные. При обработке металлов давлением встречаются две объемные схемы напряженного состояния:
1) объемное трехосное сжатие металла, когда по всем трем осям действуют главные напряжения сжатия. Эта схема наблюдается при свободной ковке, объемной штамповке, прокатке, прессовании.
2) объемное напряженное состояние металла, когда по двум осям действуют главные напряжения сжатия, а по третьей – главное напряжение растяжения. Эта схема наблюдается при волочении и в некоторых случаях листовой штамповки.
Схема главных напряжений позволяет судить о пластичности металла. Чем большую роль играют напряжения сжатия, тем выше пластичность металла в процессе его обработки. Поэтому, например, пластичность металла при прессовании выше, чем при волочении. Повысить сжимающие напряжения при обработке давлением можно, например, оказывая боковое давление на металл жесткими стенками инструмента.
Деформированное состояние в элементарно малом объеме металла характеризуется схемой главных деформаций. Главными называются деформации в направлении трех осей, перпендикулярных к площадкам, в которых касательные напряжения отсутствуют. При обработке давлением различают три схемы главных деформаций:
|
|
|
1) по двум осям – главные деформации сжатия, по третьей – главная деформация растяжения. Эта схема наблюдается при волочении и прессованию.
2) по одной оси – главная деформация сжатия, а по двум другим – главные деформации растяжения. Эта схема наблюдается при прокатке узкой полосы на гладкой бочке, при прокатке в калибрах, при свободной ковке и объемной штамповке.
3) по одной оси – главная деформация сжатия, по второй – главная деформация растяжения, а по третьей деформации не происходит. Эта схема наблюдается при прокатке широкой полосы на гладких валках, в некоторых случаях листовой штамповки.
Схема главных деформаций дает представление о характере формирования волокна и зерен. Максимальная главная деформация определяет текстуру деформации, предопределяет физико-механические свойства металла при обработке давлением.
32 Пластичность и деформируемость металлов при ОМД. Методы оценки и основные факторы, определяющие пластичность при ОМД.
Пластичность сплава в большой степени зависит от его химического состава: низкоуглеродистая сталь имеет более высокую пластичность, чем высокоуглеродистая. Пластичность литого крупнозернистого металла всегда ниже, чем деформированного, имеющего мелкозернистую структуру, что объясняется большим различием свойств зерен литого металла и межкристаллитных дефектных прослоек. Снижают пластичность также поры, газовые пузыри, хрупкие неметаллические включения, макро- и микротрещины. Большей пластичностью обладают металлы, у которых больше разница между пределами прочности и текучести.
С повышением температуры нагрева вследствие увеличения подвижности атомов и ряда других причин пластичность металла, определяемая, например, по величине относительного удлинения, повышается, а предел прочности, который при горячей обработке давлением приближенно характеризует сопротивление металла деформированию, уменьшается (рис. 3.6). Как видно из графиков, для углеродистых сталей в интервале температур 100—300° С, называемом зоной синеломкости, пластичность несколько уменьшается, а прочность увеличивается. Некоторое снижение пластичности наблюдается также в области температур фазовых превращений, а резкое снижение ее при высоких температурах связано с чрезмерным ростом зерен (перегревом) металла и окислением их границ (пережогом).
|
|
|
Рис. 3.6. Влияние температуры на относительное удлинение δ и предел прочности σв стали
С увеличением скорости деформации пластичность металла обычно уменьшается вследствие того, что в нем не успевают совершиться разупрочняющие процессы. (Средняя скорость деформации є представляет собой отношение деформации є к времени t, в течение которого она осуществлялась.)
При очень больших скоростях деформации пластичность металла вновь возрастает; это объясняется тем, что теплота, в которую переходит совершающаяся при деформации работа, не успевает рассеяться и приводит к разогреву деформируемого металла, если он не попадает при этом в зону хрупкости.
На пластичность металла оказывает большое влияние и схема главных напряжений: при прессовании металл обладает большей пластичностью, чем при ковке и штамповке (см. § 3.3). Отсюда можно заключить, что пластичность является не только свойством, но и состоянием металла в процессе обработки давлением.
Влияние скорости деформации на сопротивление металлов деформированию учитывают скоростным коэффициентом ψс, показывающим, во сколько раз увеличивается напряжение текучести при увеличении скорости деформации (табл. 3.1): σт2 = σт1 ψс, где σт1 и σт2 - напряжения текучести соответственно при скоростях деформаций є1, и є2. Скоростной коэффициент входит в формулы для расчета усилий деформирования.
3.1. Значение скоростного коэффициента ψс (по СИ. Губкину)
В общем случае повышение скорости деформации приводит к увеличению сопротивления металлов деформированию, что объясняется резким возрастанием скорости перемещения дислокаций, вызывающим, в свою очередь, увеличение сопротивления кристаллической решетки этому перемещению.
При холодной обработке металлов давлением влияние скорости деформации на их сопротивление деформированию меньше, чем при горячей. Однако при холодной обработке с большими скоростями деформаций, когда теплота, выделяющаяся при пластической деформации, разогревает металл выше температуры возврата, с дальнейшим увеличением скорости деформации сопротивление деформированию уменьшается.
Факторы:
Влияние химического состава
Влияние температуры
Влияние скорости деформации
Влияние схемы напряженного состояния и схемы главных деформаций
|
|
|
|
|
|
