12.8 Література

1. “Технологія конструкційних матеріалів”. Под ред. Дальського А.М., М., Машыностроение, 1977.

Казаков Н.Ф., Осокин А.М., Шишкова А.П. Технология метаолв и других конструкционных материалов. – М. : Металургия, 1975.

Лабораторна робота № 13

Вплив холодної пластичної деформації на механічні властивості металів

13.1. Мета і завдання роботи

13.1.1. Вивчити вплив холодної пластичної деформації на механічні властивості металу.

13.1.2. Вивчити вплив температури нагрівання на властивості холодного – деформуючого (наклепного) металу.

13.2. Основні теоретичні положення

13.2.1. Пластична і пружна деформація металу

Характерна особливість багатьох металів і сплавів, в тому числі і сталі, полягає в тому, що у них висока міцність співпадає з високою пластичністю.

Під високою пластичністю розуміється здатність металу безперервно деформуватись до руйнування під дією сил, прикладених до металу. Процес деформації складається з пружної, пластичної деформацій і руйнування.

Пружною (зворотною) називається така деформація, яка повністю зникає після припинення дії навантаження. Вона викликає тільки невелике зміщення атомів один відносно одного, і після зняття навантаження під дією внутрішніх сил атоми повертаються в попереднє положення, і таким чином стан до і після дії сил, викликаних пружною деформацією, залишається незмінним.

Пластична (незворотня) деформація викликає кінцеві зміни в металі, які збільшуються в міру зростання навантаження до руйнування.

В процесі пластичної деформації змінюється і внутрішня будова (структура), а тому і всі властивості металів і сплавів. Завданням роботи являється вивчення змін механічних властивостей металів в результаті холодної пластичної деформації, а також вивчення способу, що дозволяє повернути метал до початкового стану.

13.2.2. Наклеп металу

Пластична деформація, яким би чином вона не здійснювалась (розтягуванням, згинанням, стискуванням, крученням і т.д.), викликає деформацію кристалічної гратки, змінюючи форму зерна, приводить до зміни всіх властивостей металу.

Міцність і твердість із збільшенням ступеня пластичної деформації рос- туть, а пластичність і в’язкість падають.

Зміцнення металу після пластичної деформації називається нагарто- вуванням або наклепом. Це зміцнення, тобто збільшення міцності і твердості, може бути настільки великим, що зробить неможливою подальшу пластичну деформацію. Тому виникає необхідність зняття наклепу. Це робиться з допомогою нагрівання.

13.2.3. Зворот і рекристалізація металу

Нагрівання деформованого металу веде до відновлення механічних властивостей. При цьому ступінь відновлення залежить від температури нагрівання. Відновлення механічних властивостей вже починається при кімнатній температурі, але йде дуже повільно (місяці і роки) і тому цей процес називається старінням, так як проходить він у звичай них умовах. При підвищенні температури цей процес протікає швидше.

Часткове відновлення механічних властивостей (на 20 – 30%) за рахунок зняття пружних деформацій кристалічної гратки без зміни структури назива- ється відпочинком або зворотом.

При більш високих температурах, визначених для кожного металу, починається процес утворення нових зерен замість деформованих. Коли деформовані зерна повністю замінюються новими, то при цьому відбувається повне знеміцнення деформованого металу. Механічні і фізичні властивості приймають попередні значення, тобто такі, які були до пластичної дефор- мації. Цей процес називається рекристалізацією.

Тепература рекристалізвції залежить від температури плавлення металу. Для технічно чистих металів ця залежність виражається формулою:

Трек=0,2-0,4Тпл º К;

для сплавів:

Трек=0,5-0,8Тпл º К,

де Тпл – температура плавлення чистого металу і сплаву.

На практиці нагрівають до більш високих температур, щоб забезпечити високу швидкість протікання процесу.

13.2.4. Холодна і гаряча обробка тиском

Температура рекристалізації має велике практичне значення. Щоб плас- тична деформація викликала в металі зміцнення (наклеп), вона повинна здійснюватись при температурі не вищій температури рекристалізації. Така обробка називається холодною.

Якщо обробка тиском проводиться при температурах вищих за темпера- туру рекристалізації, то міцність, яка при цьому виникла, буде зніматись температурою рекристалізації, і матеріал одразу знеміцнюється. Така обробка тиском, яка проводиться при температурах вищих за температуру рекристаліза- ції, називається гарячою обробкою тиском. При гарячій обробці тиском наклеп, звичайно, не виникає. Температуру гарячої обробки тиском вибирають значно вище температури рекристалізації, так як при практично застосовуваних швидкостях обробки процес рекристалізації при низьких температурах за короткий час не встиг би пройти, і в процесі обробки з’явилась би наклепка, і подальша деформація стала би затрудненою. Так, наприклад, для заліза мінімальна температура рекристалізації дорівнює приблизно 450 º С, рекрис- талізаційний відпал проводять при температурі Т=600 – 700 º С, а гарячу обробку тиском – при Т=800 – 1300 ºС.

13.2.5. Значення наклепу в техніці

Наклепка металу має позитивне і негативне значення в техніці. І перше і друге значення відомі людству дуже давно і використовуються на практиці. З давніх часів застосовують клепання коси, під час якого лезові коси надається жорсткість і твердість. Явище наклепу буде вважатись позитивним, якщо треба м’якому металу надати підвищену твердість і міцність. При цьому потрібно мати на увазі, що підвищення міцності і твердості може бути значно вищим, так як при одержанні тросового дроту струн і т.д. досягається збільшення міцності в 2 – 3 рази.

Негативним явище наклепування буде тоді, коли треба далі проводити пластичну деформацію, а сильно зростаюча твердість перешкоджає цьому. Це може трапитися у випадку волочіння дроту, при листовому штампуванні, прокатуванні і др., тобто у всіх випадках холодної пластичної деформації. В цьому випадку необхідність проведення відпалювання з метою зняття наклепу є прямою перешкодою високопродуктивному безперервному процесу обробки металу.