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.
Обработку давлением можно проводить в горячем или холодном состояниях.
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. .
