Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Глава XIX

СВЕДЕНИЯ ОБ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

§ 1. Общие понятия. Схема деформирования металла при обработке давлением.

Пластическая деформация. Наклеп. Нагартовка.

В основе процессов обработки металлов давлением лежит способность металлов и сплавов к пластической деформации. Обработке давлением подвергают металлы и сплавы, обладающие пластичностью. В результате давления изменяется форма, размеры, структура и механические свойства металла.

В металлообрабатывающей промышленности обработка давлением является одним из основных способов производства. В сочетании с термической обработкой обработка давлением обеспечивает самые высокие механические свойства металлов.

Основными процессами обработки металлов давлением являются: прокатка, прессование, свободная ковка, объемная штамповка.

Теоретические основы обработки металлов давлением были впервые разработаны русским ученым Д. К. Черновым. Большой вклад также внесли работы Н. С. Курнакова, В. В. Соколовского, С. Н. Губкина, А. Н. Целикова, А. П. Чекмарева, Н. М. Павлова и др.

Пластической деформацией называется остаточная деформация без макроскопических нарушений сплошности материала.

При деформировании в металле сначала возникают упругие напряжения и происходит упругое искажение кристаллической решетки, но с увеличением напряжения происходит скольжение одной части кристалла по отношению к другой, вследствие чего появляются остаточные деформации (рис. 204, а). Между сдвинутыми плоскостями кристаллов связь не устраняется, а искажение кристаллографических плоскостей повышает прочность и твердость металла. Сдвиги сопровождаются двойникованием, при котором одна часть кристалла поворачивается в положение, симметричное другой его части относительно его плоскости двойникования (рис. 204, б).

Рис. 204. Схема деформирования металла при обработке давлением:

а - скольжение, б - двойникование

Чаще всего двойникование происходит при ударной нагрузке. Отдельные части кристаллов, перемещаясь одна по другой, образуют многочисленные линии скольжения. Линии скольжения правильно ориентированы относительно направлений главных нормальных напряжений, и составляют с осью образца угол, равный приблизительно 45°.

При деформации зерна вытягиваются в направлении наибольшей деформации, в результате чего возникает определенное ориентирование зерен в одном направлении, и микроструктура металла приобретает волокнистый характер. Такое строение металла называется текстурой. Каждому процессу деформирования соответствует определенная текстура.

Холодная обработка давлением вызывает изменение механических и физико-механических свойств. При холодной обработке повышаются сопротивление разрыву и твердость, снижаются относительное удлинение и ударная вязкость. Упрочнение металла при деформации в холодном состоянии называется наклепом.

Процесс деформации металла начинается с поверхности и с определенной скоростью распространяется в глубь деформируемого тела. При приложении усилий, кратковременных по действию и небольших по величине, деформация происходит только на поверхности. В этом случае наблюдается поверхностное упрочнение металла, называемое нагартовкой.

Полученные в результате холодной обработки давлением волокнистая структура и деформированная решетка неустойчивы и с течением времени стремятся перейти в устойчивое состояние. Однако у большинства металлов восстановление решетки и микроструктуры при комнатной температуре происходит чрезвычайно медленно вследствие малоподвижности атомов при этих температурах. Для ускорения процесса необходимо металл нагреть.

Если холоднодеформированный металл подвергнуть термической обработке - отжигу, то наклеп устраняется и металл снова приобретает пластичность и другие присущие ему свойства. В холодном состоянии обработке давлением подвергают тонкие листы, полосы из мягкой стали, цветные металлы и сплавы. Сталь обрабатывают давлением обычно в нагретом состоянии, так как с повышением температуры обрабатываемый материал приобретает наибольшую пластичность.

При горячей обработке давлением одновременно протекает два процесса: процесс деформации с образованием наклепа и процесс рекристаллизации с образованием новых зерен. Процесс рекристаллизации возникает при температуре, определяемой по формуле А. А. Бочвара:

P_р=0,4T, где Т - абсолютная температура плавления.

При температуре рекристаллизации в деформируемом металле появляются центры рекристаллизации, вокруг которых возникают новые зерна правильной равноосной структуры.

Следовательно, при горячей обработке давлением металл должен получить рекристаллизованную структуру без следов упрочнения (наклепа).