Цель: изучить физическую сущность обработки металлов давлением
Краткие теоретические сведения:
Обработкой давлением называют технологический процесс изготовления деталей или заготовок путем пластического деформирования исходного металла приложением внешнего усилия.
Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, объемная штамповка, листовая штамповка.
Под действием приложенного к деформируемому металлу внешнего усилия атомы кристаллической решетки металла смещаются - отклоняются от мест устойчивого равновесия. Если изменение расстояний между атомами происходит в пределах параметров кристаллической решетки, то после снятия внешнего усилия атомы металла под действием межатомных сил возвращаются в исходное положение равновесия, и металл восстанавливает свою первоначальную форму. Такая деформация называется упругой.
Если в результате действия внешних сил атомы кристаллической решетки смещаются на расстояния, значительно превышающие межатомные, то после снятия нагрузки они не возвращаются в исходное положение, и форма кристалла не восстанавливается. Такая деформация называется пластической.
Величина внешнего усилия, необходимого для пластической деформации, определяется пластическими свойствами металла и его температурой, а также зависит от схемы приложения деформирующих нагрузок.
Объем металла в результате пластической деформации практически остается постоянным, а течение металла при деформировании происходит в направлении наименьшего сопротивления.
Нагрев металла повышает его пластичность, поэтому деформирование в горячем состоянии требует приложения меньших внешних усилий, чем деформирование того же металла в холодном состоянии.
Сдвиговые смещения в пластически деформируемом металле могут происходить по плоскостям скольжения, расстояние между которыми составляет 100 - 200 А.
Сдвиговые смещения при деформации осуществляются, прежде всего, в тех зонах кристалла и на тех плоскостях, где атомы металла наиболее подвижны, т.е. энергетически не уравновешены (дислокация).
. Межзеренные сдвиги обычно происходят по плоскостям скольжения, расположенным под углом 45° по отношению к направлению действующего внешнего усилия.
При пластической деформации происходит изменение кристаллической структуры металла.
Крупные кристаллы, дендриты, крупные зерна, находящиеся в литом металле, дробятся, измельчаются и удлиняются в направлении наибольшего течения металла.
Неметаллические включения, располагающиеся по границам зерен, также дробятся и вытягиваются в виде цепочки.
Образуется так называемая волокнистая структура, обусловливающая анизотропию свойств деформированного металла.
А –исходное состояние;
Б – после деформации
Схема деформации металла
При холодной пластической деформации изменения структуры поверхностного слоя, непосредственно воспринимающего деформирующие усилия, приводят к повышению твердости и предела прочности металла и понижению его пластических свойств. .
Упрочнение металла в результате пластической деформации в холодном состоянии называется наклепом.
При нагреве наклепанного металла подвижность атомов искаженной кристаллической решетки увеличивается, благодаря чему становится возможным зарождение и рост новых кристаллов с неискаженной структурой, т.е. происходит рекристаллизация.
В результате рекристаллизации металл разупрочняется и восстанавливает свои первоначальные свойства.
Горячая обработка давлением производится при температурах выше температуры рекристаллизации и не сопровождается наклепом, и может выполняться без ограничения степени деформации.
Температура нагрева металла для горячей обработки давлением должна соответствовать интервалу его наибольшей пластичности и зависит от химического состава сплава.
При нагреве металла до более высоких температур возникает перегрев, при котором металл становится крупнозернистым и его пластичность существенно понижается. Перегрев можно исправить отжигом. Нагрев до температур, приближающихся к температуре плавления металла, приводит к пережогу. При пережоге происходит окисление металла по границам зерен, вследствие чего металл полностью теряет пластичность и разрушается при приложении внешнего усилия деформации. .
