Пластическая деформация

Категория:
Гибка и правка металла


Пластическая деформация

Для пластической (остаточной) деформации металл необходимо подвергнуть напряжению, которое больше предела его упругости оуп и меньше предела прочности ап,, (чтобы не получилось трещин).

При обработке давлением металл испытывает напряжение сжатия, а не напряжение растяжения. Однако явления при сжатии подобны явлениям, наблюдаемым при растяжении, и величина предела упругости имеет приблизительно одинаковое значение как при растяжении, так и при сжатии. Поэтому для определения области напряжений пластической деформации металла пользуются диаграммами растяжения, причем границы этой области определяются точками ауп и опч.

Следует, однако, помнить, что точки ауп и апч определены при статической нагрузке, а при обработке давлением имеет место динамическая нагрузка. При динамической нагрузке сопротивление металла деформации повышается, и для определения величины динамического напряжения, которое надо приложить для создания пластической деформации металла, нужно ввести поправочный коэффициент, равный 1,25 для гидравлических прессов (при малой скорости деформации) и 2,5—3,0 для ковочных и штамповочных молотов (при большой скорости деформации).

Рис. 1. Схема изменения формы зерен при сжатии куска металла

Остаточная (пластическая) деформация металла является следствием сдвигов, происходящих внутри и по границам зерен. При сжатии каждое зерно сплющивается, а при растяжении вытягивается.

На рис. 1, а приведена схема изменения формы девяти зерен при сжатии куска металла, причем верхний рисунок изображает не-деформированные зерна, а нижний — эти же зерна после сжатия; зерна соответственно пронумерованы. Степень деформации (уменьшение высоты) взята равной 1/2, или 50%. В результате такой деформации зерна удлинились в два раза. При большей деформации зерна удлиняются настолько, что напоминают волокна, поэтому такую структуру деформированного металла называют волокнистой.

При пластической деформации сдвиг происходит по определенным кристаллографическим плоскостям — плоскостям скольжения. Доказано, что такими плоскостями являются плоскости, в которых находится наибольшее количество атомов.

На рис. 2 показаны плоскости легчайшего сдвига (по одной плоскости для каждого случая) для ячеек объемнйцентрированной кубической (рис. 2, а) решетки, а также для гранецентрированной кубической (рис. 2, б) и гексагональной (рис. 2, в) решеток. В каждой ячейке можно показать еще несколько таких плоскостей.

На рис. 1, б верхний рисунок изображает недеформированное зерно, увеличенное вдвое по сравнению с его размерами на рис. 1, а, а нижний — то же зерно после деформации в холодном состоянии. Плоскости сдвига показаны прямыми линиями. Эти линии отделяют «пластинки» зерна друг от друга, причем сами пластинки по своей форме и размерам остаются неизменными, а деформация зерна происходит за счет сдвига по плоскостям сдвига (скольжения).

Однако по мере увеличения степени деформации сопротивление сдвигу по плоскостям скольжения увеличивается и наступает момент, когда сдвиг по этим плоскостям прекращается, а дальнейшая деформация происходит за счет вторичных плоскостей скольжения, имеющих другое направление. При сдвиге по вторичным плоскостям форма первичных пластинок нарушается. В результате зерна измельчаются. Действительная картина структуры деформированной стали будет отличной от приведенной на рис. 1, а (нижний рисунок) вследствие дробления исходных зерен по плоскостям сдвига.

Рис. 2. Плоскости легчайшего сдвига для объемно-центрированной кубической, гранецентрированной кубической гексагональной ячеек

Кристаллическая решетка в каждом обломке зерна имеет свою ориентировку; кроме того, сама решетка искажена по сравнению с решеткой равновесного состояния.

Скольжение при пластической деформации кристалла может происходить либо в одном направлении для всех пластинок, как показано на примере зерна (рис. 1) и на рис. 3, а, либо в симметрично противоположных направлениях (рис. 3, б), когда одна группа пластинок занимает зеркально-симметричное положение относительно другой группы. Процесс такой деформации называют двойникова-нием, группы пластинок — двойниками скольжения, а плоскость А А (рис. 3, б), относительно которой симметричен сдвиг, — плоскостью двойникования. Двойникование наблюдается при деформации латуни, аустенита и других сплавов.

В процессе деформации в холодном состоянии механические и физико-химические свойства металла непрерывно изменяются: твердость, прочность и хрупкость его увеличиваются, а пластичность, вязкость, коррозийная стойкость и электропроводность — уменьшаются.

Это изменение свойств, связанное с деформацией в холодном состоянии, называют наклепом.

Рис. 3. Схема деформации кристалла в одном направлении (а) и в симметрично противоположных направлениях (б)

С увеличением содержания углерода в стали ее обработка в холодном состоянии становится труднее. На практике обработку стали давлением обычно производят в нагретом виде; в холодном состоянии обработке давлением подвергаются только тонкие листовые и полосовые заготовки из стали и различные заготовки из цветных металлов и их сплавов.

Выше мы рассмотрели деформацию от сжатия отдельных зерен. Рассмотрим теперь деформацию кусков металла.

Под действием инструмента, производящего давление, превышающее предел упругости, металл деформируется (или течет).

Применительно к процессу свободной ковки эта деформация может быть представлена схематически следующим образом. Падающая часть молота — боек давит на заготовку с силой Р (рис. 4, а) и вызывает противодействие равной силы со стороны опоры — наковальни. Частицы заготовки, соприкасающиеся с бойком и с наковальней, воспринимают это давление. Между бойком (или наковальней) и этими частицами возникает трение, задерживающее горизонтальное перемещение частиц. Частицы второго ряда оказываются заклиненными между частицами первого ряда, что также задерживает их горизонтальное перемещение; частицы третьего ряда будут заклиниваться между частицами второго ряда и т. д., причем, в каждом последующем ряду количество заклинивающихся частиц будет уменьшаться. В вертикальном сечении заготовки заклинивающиеся частицы составляют фигуры треугольников. При ковке заготовок квадратного сечения заклинивающиеся частицы образуют пирамиды (рис. 4, б), а при ковке заготовок цилиндрической формы— конусы (рис. 4, в). В общем случае, фигуры, образуемые при ковке заклинивающимися частицами, принято называть конусами скольжения.

Частицы, находящиеся в пределах конуса скольжения, не могут выйти из него, и поэтому течение (пластическая деформация) металла осуществляется за счет частиц, находящихся вне конуса скольжения. Действие конусов скольжения при этом подобно действию клиньев, внедряющихся в массу металла и тем самым деформирующих его, поэтому металл течет из тех слоев, где в данный момент действуют конусы скольжения.

Соотношение высоты и диаметра (ширины) поковки определяет характер деформации.

На рис. 4, г, д, е приведены различные стадии обжатия цилиндрической заготовки. Пока вершины конуса отстоят далеко друг от друга (рис. 4, г), заготовка деформируется в двух местах, там, где скользят конусы.

После встречи конусов может происходить их внедрение друг в друга (4, д), сопровождающееся постепенным разрушением конусов с вершин, или скольжение одного конуса по другому (рис. 4, е).

Размеры конусов в процессе обжатия непрерывно увеличиваются, так как частицы свободного металла скользят по их образующим к основанию и увеличивают его.

В металлах, недостаточно пластичных, сближающиеся конусы могут разрушить заготовку.

Указанные теоретические положения подтверждены практикой и имеют большое значение при разработке технологического процесса ковки.

Рис. 4. Конусы скольжения и характер деформации при ковке

Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум