Адрес этой страницы' ?>

§ 2. Свободная ковка и штамповка

Понятие о пластической деформации металлов.

Пластичность есть свойство материалов изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил, приложенных к ним. Этим свойством разные металлы и сплавы обладают в различной степени. Некоторые из металлов и сплавов весьма пластичны в холодном состоянии (свинец), другие обладают значительной пластичностью лишь в нагретом состоянии (сталь), третьи хрупки и в холодном и в горячем состоянии (например, чугун).

Обработка металлов давлением, в частности ковка и штамповка, основана на том, что для придания желаемой формы металл подвергают напряжению сжатия, большему, чем предел упругости металла (но меньшему, чем предел прочности), путем воздействия на него динамической нагрузки.

В этом случае изменяется не только форма заготовки, но и происходит сложный физический процесс, влияющий на структуру металла, а следовательно, и на его механические и физические свойства. Пластическая деформация металла происходит за счет внутрикристаллитных (внутризеренных) и межкристаллитных (межзеренных) сдвигов.

Сдвиг в монокристалле происходит по определенным плоскостям («плоскостям скольжения»), в которых находится наибольшее количество атомов. При сдвиге одна группа кристаллических решеток смещается по этой плоскости относительно другой группы. При этом происходит двойникование, т. е. поворот одной части кристалла в положение, которое симметрично положению его первой части.

Сплющивание и дробление зерен металла под действием динамической нагрузки может быть настолько значительным, что он приобретает волокнистую структуру.

Особенно сильно физико-механические свойства изменяются при пластической деформации металла в холодном состоянии, когда он получает «наклеп» («упрочнение»). Твердость, прочность и хрупкость металла в этом случае повышены, а вязкость, пластичность и коррозионная стойкость — понижены.

В наклепанном металле искажены кристаллические решетки. Поэтому металл находится в неустойчивом состоянии, проявляя тенденцию вернуться опять в устойчивое состояние.

Путем нагрева можно устранить наклеп металла и вернуть его в первоначальное состояние. В начале нагрева внутренние напряжения постепенно снимаются, искажения кристаллических решеток уменьшаются. Происходит так называемый «возврат» металла. При дальнейшем нагреве возникают новые зерна с правильной кристаллической решеткой. Это явление называется рекристаллизацией. Температура начала рекристаллизации разная у различных металлов (450° С у железа, 100° С у алюминия, 30° С у свинца).

Скорость рекристаллизации зависит от температуры нагрева и увеличивается с повышением этой температуры.

При холодной обработке давлением в металле возникает наклеп. Если обработку металла давлением производить после его нагрева, то одновременно с процессом размельчения зерен будет происходить рекристаллизация (в том числе, если температура нагрева выше рекристаллизационной). Тогда в металле, подвергнутом такой обработке, наклепа не будет. На этом основана ковка и другие способы горячей обработки металлов.

При горячей обработке металлов давлением свойства их улучшаются: происходит их уплотнение, образуется мелкозернистая структура, строение металла получается более однородным, чем в литом металле. Вместе с тем металл получает волокнистое строение, что обусловливает его различные механические свойства вдоль и поперек волокон. Это обстоятельство является недостатком процесса горячей обработки металлов давлением.