книги / Определение интервалов холодной и горячей обратки давлением

3

ОБЩИЕМЕТОДИЧЕСКИЕРЕКОМЕНДАЦИИ

При подготовке к выполнению практической работы следует изучить теоретические сведения. Обратите внимание на рассмотренный пример решения задачи. Выполните свой вариант индивидуального задания, рассмотрев процессы, происходящие в технически чистом металле при температуре деформации 20оС и температуре по заданию. Решите индивидуальные задачи, текст которых выдаетсяпреподавателем,иобоснуйтесвоерешение.

Отчет выполняется в тетрадях для практических и лабораторных работ. Для защиты работы необходимо подготовиться по контрольнымвопросам.

Цели работы:

–изучить процессы, происходящие при деформации материала;

–изучить влияние деформации на структуру и свойства материала;

–научиться определять реализующуюся пластическую деформацию по ее условиям;

–изучить влияние холодной пластической деформации (при обработке давлением) и температуры тепловой обработки (процессов возврата и рекристаллизации) на механические свойства и микроструктуру металлических материалов.

КРАТКИЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕСВЕДЕНИЯ

Пластическая деформация

Деформация – это процесс изменения формы и размеров твердого тела под действием приложенных сил. Если тело с прекращением внешнего воздействия полностью восстанавливает свою первоначальную форму и размеры, то такую деформацию называют упругой. Если же после прекращения действия приложенных сил происходят необратимые изменения формы и размеров тела, то такую деформацию называют пластической.

4

Физические основы упругой и пластической деформации различны. При упругой деформации при снятии нагрузки происходит обратимое смещение центров масс атомов из узлов кристаллической решетки, они возвращаются в исходное одинаковое по весу положение. Упругие свойства металлов определяются силой межатомной связи. При пластической деформации (ПД) происходит необратимое смещение одной части кристалла относительно другой (рис. 1) за счет движения дислокаций скольжением (рис. 2). Когда скольжение затруднено (высокая степень деформации, пониженные температуры), пластическая деформация может осуществляться двойникованием, т.е. часть кристалла сдвигается, представляя собой зеркальное отображениенесдвинутой части.

Рис. 1. Схема упругой и пластической деформации металла под действием напряжения сдвига τ в идеальном кристалле:

а– первоначальный кристалл; б – упругая деформация; в – увеличение упругой и пластической деформаций, вызванных скольжением, при

нагружении, большем предела упругости; г – кристалл после снятия нагрузки; д – образование двойника

Рис. 2. Схема движения краевой дислокации под действием приложенного напряжения

5

Пластичность – способность металлических материалов при деформации необратимо изменять свою форму и размеры, т.е. претерпевать большие остаточные деформации, без разрушения. Чем с большей степенью деформируется тело, тем больше изменяются его форма и размеры. Степень деформации ε – величина изменений размеров и сечений деформируемого тела, полученных в результате обработки давлением:

где ε – относительная степень деформации, %;

Fн – площадь сечения до деформации (исходная, началь-

ная);

Fк – площадь сечения после деформации (конечная).

Пластическая деформация без нагрева

В результате холодной пластической деформации резко повышаются характеристики твердости, прочности, упругости, но при этом также резко снижаются показатели пластичности и вязкости металлов и сплавов (рис. 3).

Рис. 3. Изменение механических свойств металла при наклепе

6

Наклеп – упрочнение металлов и сплавов при холодной пластической деформации. Величина наклепа, например, стали зависит от степени ее деформации и от содержания в ней углерода. Чем меньше содержание углерода в стали и чем больше степень деформации, тем больше наклеп. При увеличении степени деформации примерно до 50 % наиболее интенсивно возрастает величина наклепа. При создании в наклепанном поверхностном слое деталей больших напряжений сжатия существенно возрастает предел выносливости материала и увеличивается срок службы деталей, работающих при переменных нагрузках (например, рессор, пружин, шестерен, коленчатых валов и других деталей).

Для того чтобы деформировать наклепанный металл, нужны большие усилия, мощное оборудование. Поэтому холодная пластическая деформация применяется только для самых пластичных металлов или заготовок малого сечения. К таким заготовкам относят листы, проволоку. Волочение и листовая штамповка обычно осуществляются вхолодную. При этом достигается высокая точность размеров и чистота поверхности. Кроме того, за счет разной степени наклепа есть возможность влиять на свойства изделия.

Холодная пластическая деформация сопровождается изменением микроструктуры металла. Формообразование при ПД в поликристаллическом материале происходит в каждом из зерен, которые ориентированы различно по отношению друг к другу и к деформирующей нагрузке. Зерна различны по форме и размерам и обладают неодинаковыми физико-механическими свойствами. Под действием приложенной нагрузки зерна металла деформируются и вытягиваются осями наибольшей прочности в направлении течения металла, приобретая определенную однообразную кристаллографическую направленность.

Текстура деформации – микроструктура, состоящая из однообразно ориентированных зерен.

7

Чем больше степень деформации, тем больше вытягиваются зерна. При деформациях порядка 80–90 % границы зерен в микроструктуре плохо просматриваются. Зерна вытянутой формы называют волокном, а микроструктуру в целом волокнистой (рис. 4). Прочность и пластичность образцов, вырезанных вдоль волокна, выше прочности и пластичности образцов, вырезанных поперек волокна (т.е. анизотропия проявляется и в поликристаллическом материале).

Рис. 4. Изменение структуры поликристаллического материала при увеличении степени деформации ε: а – ε = 0 %; б – ε = 1 %;

в– ε = 40 %; г – ε = 80…90 %

Врезультате пластической деформации увеличивается число дефектов кристаллического строения, так как движущиеся дислокации порождают большее количество новых дислокаций

ипрочих дефектов. Увеличение плотности дислокаций приводит к упрочнению материала (рис. 5).

Нагрев деформированного металла

Состояние наклепанного материала термодинамически неустойчиво, так как наклеп сопровождается увеличением количества дислокаций и ростом остаточных напряжений при деформации. Такой материал стремится перейти в более устойчивое состояние, т.е. в состояние до деформации.

При нагреве наклепанного материала происходят процессы возврата и рекристаллизации.

8