» » О сущности пластической деформации металлов

О сущности пластической деформации металлов

Пластическая деформация металла — это такое изменение формы давлением или ударом, которое не вызывает разрушения и сохраняется после прекращения действия внешних сил. Глина и пластилин представляют собой идеальный пример пластичности. Чем выше пластичность металла, тем лучше он поддается кузнечной обработке. С повышением температуры пластичность повышается, а сопротивление деформации понижается. Поэтому ковку и штамповку металла производят в нагретом состоянии. Пластичность стали при высокой температуре называют ковкостью.
Сущность процесса пластической деформации можно представить следующим образом. Металл, как указывалось, имеет зернистое строение. Под действием удара молота или нажатия пресса зерна металла изменяют свою форму и смещаются одно относительно другого.
При высоких температурах нагрева, когда сталь имеет структуру аустенита, как об этом уже говорилось выше, происходит дробление зерен стали без вытягивания их в направлении преимущественного течения металла. Осколки зерен, т. е. новые более мелкие кристаллы или зерна, получают не вытянутую, а приблизительно равноосную форму. Внутри каждого осколка строение кристаллической пространственной решетки не нарушается.
Однако эти осколки поворачиваются и смещаются относительно друг друга. Каждое вновь полученное в результате дробления зерно как бы сохраняет в себе кусочек первоначальной кристаллической решетки, но повернутой относительно первоначального положения. В результате в соседних зернах кристаллические решетки всегда будут отличаться друг от друга своей ориентировкой.
Чем больше величина и скорость деформации, тем мельче зерна металла, но при этом будет возрастать и сопротивление деформации. Дело в том, что с раздроблением и увеличением числа зерен увеличивается и протяженность границ соприкосновения их. На границах же, где встречаются зерна с различной ориентировкой кристаллических решеток, сопротивление взаимному смещению зерен всегда повышенное.
Раздробляемые зерна могут восстанавливаться за счет внутренних упругих сил взаимного притяжения между атомами кристаллической решетки. В момент сжатия куска металла, например, между бойками пресса эти внутренние силы преодолеваются и зерна металла размельчаются. После прекращения давления бойков внутренние силы стремятся вновь воссоединить раздробленные зерна. Процесс восстановления зерен, а следовательно и их кристаллической решетки, называется рекристаллизацией. Скорость и степень рекристаллизации зависят от температуры, скорости деформации, величины зерен стали.
Упругие силы, стремящиеся восстановить зерна, невелики. Сопротивление же этому восстановлению может быть разным. Чем мельче раздробляемые зерна, чем выше температура и чем медленнее идет деформация, тем быстрее восстанавливаются зерна.
Поэтому при слабой проковке сильно нагретого металла можно получить крупнозернистое строение в кованом изделии, что снижает механические качества последнего. Для получения высоких механических качеств поковки нужно путем ковки получить мелкозернистую аустенитовую структуру стали. Это достигается правильным выбором температуры ковки. Если деформация требуется небольшая, то и температура нагрева стали должна быть невысокой. Это даст возможность получить мелкозернистую структуру. Если степень деформации должна быть значительной, то и температуру нагрева стали нужно принять повыше, чтоб успеть кончить ковку в области аустенитовой структуры, когда зерна легко раздробляются, а металл сохраняет высокую ковкость. Конкретно о температурных интервалах ковки будет сказано ниже.
Если ковку производить при сравнительно низких температурах нагрева стали, то здесь уже появляются зерна феррита, которые не дробятся, а вытягиваются в направлении преимущественного течения металла. При этом кристаллическая решетка стали искажается, металл, как говорят, наклепывается и быстро утрачивает свою пластичность, т. е. становится хрупким. В определенном интервале температур структура стали может одновременно содержать и зерна аустенита и зерна феррита. Таким образом, при горячей обработке металлов давлением одновременно идут два противоположных процесса. Первый — это пластическая деформация и связанное с ней упрочнение, а второй — рекристаллизация и связанное с ней разупрочнение.
При пластической деформации объем металла остается неизменным. Правда, при ковке литой стали возможно некоторое уплотнение металла за счет устранения усадочной раковины, усадочной рыхлости и газовых пузырей, образующихся при застывании слитка. Однако при ковке и штамповке металла, в котором отсутствуют подобные пороки, например, при ковке прокатанной заготовки, никакого уплотнения не происходит, а следовательно, и объем остается неизменным. Распространенное среди производственников представление о том, что ковка и штамповка уплотняют металл и это дает в результате повышение механических свойств, ошибочно. Ковка и штамповка действительно способствуют повышению прочности металла, но происходит это благодаря изменениям в макроструктуре поковки.
Интенсивность деформации принято определять по изменению размера сечения заготовки при кузнечной обработке или, как говорят, степенью укова. Степень укова — это отношение площади сечения исходной заготовки к площади сечения, поковки, получаемой после кузнечной обработки. Обычно это отношение находится в пределах от 1,5 до 4.
Закон постоянства объема при пластической деформации имеет очень важное значение в практике обработки металлов давлением. На нем основаны расчеты размеров заготовки и технологических переходов.
Если заготовку цилиндрической формы подвергнуть осадке, то произойдет увеличение ее поперечного сечения за счет уменьшения высоты. Заготовка примет бочкообразную форму. Это объясняется силами трения, действующими между торцами заготовки и бойками. Силы трения препятствуют свободному уширению металла на торцах.
В местах, удаленных от обоих торцов, т. е. в средней части заготовки, уширение металла происходит более свободно. В результате при осадке уширение в средней части заготовки будет большим, чем у торцов; возникнет бочкообразная форма (фиг. 19, а).

При осадке заготовки квадратного сечения наблюдается сходная картина, но при этом заготовка в поперечном сечении будет стремиться принять форму круга (фиг. 19, б). Происходит это потому, что частицы металла при уширении заготовки стремятся переместиться в направлении наименьшего сопротивления. Расстояние от оси OO до середины стороны AB (точка а) меньше, чем от той же оси до вершины угла ЕСВ, и потому в средней части каждой грани происходит большее перемещение частиц металла, чем в углах. В результате боковые стороны выпучиваются и заготовка квадратного, прямоугольного или любого другого сечения при осадке будет стремиться принять в сечении форму круга. Это явление носит название закона наименьшего периметра.
Рассмотрим пример иного рода. При горячей штамповке часть металла вытекает между верхним и нижним штампами, образуя так называемый заусенец. Последний быстро подстывает, теряет пластичность, и дальнейшее течение металла в этом направлении делается затрудненным. Теперь наносимые удары будут вызывать деформацию металла в направлении наименьшего сопротивления, т. е. металл будет заполнять полость штампа (фиг. 20).
Течение металла в направлении наименьшего сопротивления или, как говорят, закон наименьшего сопротивления имеет очень важное значение, что нужно учитывать кузнецу при составлении технологического процесса и выполнении разнообразных операций ковки и штамповки.
О сущности пластической деформации металлов


title-icon Подобные новости