Обработка металлов давлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Классификация видов деформации по С.И. Губкину

2. Явление, сопровождающее деформацию заготовки с ростом температуры (диффузия, возврат, рекристаллизация)

3. Методика построения объёмных диаграмм рекристаллизации 1-го и 2- города

4. Двумерные диаграммы и их характеристика

5. Влияние степени деформации (коэффициента укова) на механические свойства поковки

6. Разупрочнение при горячей деформации и его влияние на структурообразование

7. Влияние скорости деформации на сопротивление деформированию

8. Построение графика = f(T) для железа

Вывод

Литература

Введение

Обработкой давлением называют один из способов получения изделий, полуфабрикатов определённой формы без снятия стружки. К обработки металлов давлением относятся такие процессы, как прокатка, ковка, объёмная штамповка (горячая и холодная), листовая штамповка, прессование, волочение, калибровка, чеканка и др

Изделия и полуфабрикаты ОМД применяются в самых различных областях народного хозяйства, например, при изготовлении машин-орудий и станков (поковки, листы, профили, трубы, сортовой металл ); в транспортных сооружениях и транспортном машиностроении (рельсы, оси, бандажи, листы, профили, паковки); в сооружениях электрификации, электропромышленности и связи (проволока, провод, кабель, шины, фольга, металлические части ламп); в промышленном и гражданском строительстве (сортовой металл, проволока, листы, балки); в оборонной промышленности (броня, стволы, снаряды, гильзы, капсюли, детали самолётов, ракет и др); в авто-, тракторо-, и самолётостроении (поковки, листы, профили, трубы).Изделия обработки металлов давлением применяют также в с/х машиностроении, химической промышленности, приборостроении. Многие приборы домашнего обихода(посуда, элементы мебели и т.д.) Обработка давлением является не только придание заготовке определённой формы и размеров, но также и получение нужной величины показателей механических, физико-химических и иных свойств металла или сплава деталей машин, элементов сооружений и т.д.

Приоритетное развитие ОМД объясняется высокой производительностью её основных процессов, улучшением свойств и структуры, качества поверхности и точности размеров изделий после пластической деформации. Не менее важным является ресурсосберегающий характер способов обработки давлением, то есть значительное сокращение потерь металла в процессе производства по сравнению с другими видами обработки металлов.

1. Классификация видов деформации по С. И. Губкину

горячий деформация заготовка

В зависимости от полноты протекания разупрочняющих процессов по С.И. Губкину различают горячую, неполную горячую, неполную холодную и холодную деформации.

Горячей деформацией называют такую, в процессе которой рекристаллизация успевает произойти полностью. В процессе горячей деформации образуется равноосная микроструктура при отсутствии следов упрочнения. При горячей деформации, благодаря наличию высокой температуры, которая выше температуры начала рекристаллизации, имеются условия деформированию, характеризующиеся тем, что сопротивление деформации относительно невелико, а пластичность, наоборот, большая.

Неполной горячей деформацией называют такую, при которой рекристаллизация не успевает завершиться полностью и металл имеет значительные остаточные напряжения, которые при малой пластичности металла могут привести к его разрушению. Этот вид обработки протекает при температурах, мало превышающих температуру начала рекристаллизации, причём вероятность её возникновения увеличивается с ростом скорости деформации. При неполной горячей деформации, а также после окончания деформации в металле, одновременно будут два типа микроструктур : рекристаллизованная / с равноосными зёрнами / и нерекристаллизованная / с вытянутыми зёрнами / . Наличие двух типов микроструктур приводит к увеличению неравномерности деформации, которая способствует уменьшению пластичности металла.

На практике неполную горячую деформацию следует исключать, так как она обусловливает низкое качество поковки. Этот вид деформации имеет место при обработке сплавов, имеющих низкую скорость рекристализации(некоторые алюминиевые и магниевые сплавы представляющие многофазные, метастабильные системы). Поэтому деформирование таких сплавов производят с малыми скоростями.

Неполная холодная деформация протекает при температуре более высокой, чем температура начала возврата, скорость же её должна быть такой, чтобы возврат успевал произойти полностью. Этот вид деформации характеризуется наличием полосчатой структуры без следов рекристаллизации, а при значительной деформации - текстурой деформации. Пластические свойства металла в этом случае несколько ниже, чем при неполной горячей деформации, и выше, чем у металла, деформированного при отсутствии возврата.

При неполной холодной деформации снимаются остаточные напряжения благодаря наличию процесса возврата, что приводит к понижению сопротивления деформированию. Кроме того, понижается интенсивность упрочнения. Это даёт возможность производить обработку до высоких степеней деформации при уменьшенном количестве отжигов.

Температура неполной холодной деформации равна 0.3- 0.5 Т пл.

К неполной холодной деформации следует отнести так называемую тёплую деформацию , при которой металл нагревают от внешних источников. Тёплая прокатка тонких листов и лент и тёплое волочение применяют при обработке труднодеформируемых сплавов, имеющих в холодном состоянии повышенное сопротивление деформации и пониженную пластичность. При тёплой деформации металл подогревают до невысоких температур, что повышает пластичность из-за появления новых систем скольжения, что очень важно, и несколько снижает сопротивление деформации.

Холодной деформацией называют такую, при которой рекристаллизация и возврат полностью отсутствует, причём деформированный металл имеет все признаки упрочнения, при этом не происходит залечивания нарушений внутри межзеренных.

В результате холодной деформации плотность и пластичность уменьшаются, металл охрупчивается, при высоких степенях деформации образуеся текстура.

Вследствие уменьшения пластичности и повышения сопротивления деформированию

при холодной деформации необходимо проводить промежуточные отжиги, благодаря которым показатели механических и других свойств возвращаются к исходным.

При холодной деформации температура не должна быть выше 0.3 Тпл.

Таким образом, в теории обработке металлов давлением применяют термин холодная или горячая обработка давлением в зависимости от протекания процессов упрочнения и разупрочнения . При этом надо иметь ввиду, что вид деформации зависит не только от температуры, от скорости и степени деформации.

На основе учёта процессов упрочнения и разупрочнения, деформация технически чистого кадмия, свинца и олова, а также очень чистых цинка, алюминия, серебра и золота при комнатной температуре может сравниться с деформацией стали при высоких температурах, так как в том и другом случае будет иметь место горячая обработка давлением. Такое утверждение вытекает из того положения, что все указанные выше металлы (не считая стали) быстро рекристаллизуются при комнатной температуре после сравнительно интенсивного обжатия.

В последние годы развивается новый способ упрочнения - термомеханическая обработка, которая разделяется на высокотемпературную(ВТМО) и низкотемпературную(НТМО). При ВТМО сталь, нагревают выше точкиАС3 , деформируют, немедленно запаливают во избежании рекристаллизации аустенита и затем отпускают. При НТМО обработке сталь обрабатывают давлением в состоянии переохлаждённого аустенита (4000-5000 С).

По сравнению с обычной термической обработкой в результате термомеханической обработки повышаются показатели прочности и особенно сильно показатели вязкости- ударная вязкость, удлинение и относительное сужение площади поперечного сечения.

Повышение механических свойств при термомеханической обработке происходит вследствие того, что из деформированных зёрен аустенита образуются более мелкие пластинки мартенсита.

2. Явления сопровождающие деформацию заготовки с ростом температуры(диффузия, возврат, рекристаллизация).

Диффузия протекает быстро в холоднодеформированном металле, имеющем избыточную внутреннюю энергию в результате искажения кристаллической решётки. Скорость диффузии можно определить по формуле:

D = A e Q/RT (2.1)

Где D - коэффициент диффузии, мера скорости диффузии в рассматриваемом случае,

А - постоянная, зависящая от металла которая в общем определяется межатомным расстоянием и средней частотой колебания атомов ( для большинства атомов и сплавов она составляет 10-4 - 104 соответствующих единиц ),

Q - энергия активации для диффузии в данной системе( для большинства металлических систем имеет величину порядка 10000 - 150000 кал ),

R - газовая постоянная (на моль).

Существенное влияние на скорость диффузии оказывает температура. Так повышение температуры на 100 вблизи комнатной увеличивает скорость диффузии в два раза, а при повышении температуры на 1000 скорость диффузии увеличивается в 1024 раза по сравнению с её исходной величиной. Диффузия влияет на процессы, происходящие в металлах (рост зёрен, полиморфные превращения, дисперсионное твердение и т.п.), она обуславливает медленное восстановление утраченных в результате пластической деформации исходных свойств металла.

Процесс снятия упругих напряжений и искажений в решётке путём перемещения атомов в пределах одного зерна, не сопровождающийся пластической деформацией, обычно называется отдыхом, или возвратом, так как при этом происходит частичное возвращение искажённой решётки к нормальному состоянию, а вместе с тем наблюдается и частичное возвращение свойств отдельных кристаллов. У чистых металлов возврат наблюдается при температурах выше (0,25 - 0,30)Т пл. , где Т пл. - абсолютная температура плавления.

Возврат в процессе обработки приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформированию и к увеличению пластичности. Тем не менее деформирование при температурах возврата сопровождается упрочнением хотя интенсивность его несколько меньше.

Явление возврата не оказывает влияние на размеры и форму зёрен, которые при обработке давлением как с возвратом, так и без него вытягиваются в направлении более интенсивного течения металла. Возврат также не препятствует образованию текстуры при деформации.

С повышением температуры скорость возврата увеличивается, так как при этом интенсифицируются диффузионные процессы. Эффект возврата снижается в случае повышения скорости деформации при неизменной температуре. Нагрев холоднодеформированного металла до температуры возврата не оказывает заметного влияния на показатели его механических свойств (показатели прочности незначительно уменьшаются, а показатели пластичности несколько увеличиваются). В тоже время возврат повышает сопротивление коррозии и резко уменьшает самопроизвольное растрескивание деталей, полученных холодной штамповкой, которое происходит под действием остаточных напряжений при уменьшении сопротивления разрушению за счёт межкристаллической коррозии.

У некоторых металлов и сплавов, например углеродистой стали, при температурах возврата может возникать явление старения, оказывающее противоположное возврату влияние на механические свойства. Полагают, что изменение механических свойств в процессе старения происходит вследствие выпадения мелкодисперсных частиц примесей по плоскостям скольжения.

Дальнейшее повышение температуры деформируемого металла сверх температуры возврата ведёт к возникновению процесса рекристаллизации.

Рекристаллизация при пластическом деформировании заключается в появлении зародышей, возникновении и росте новых зёрен взамен деформированных. Новые кристаллы отличаются от старых размерами, формой, ориентировкой. Они не обладают энергией остаточных напряжений и не имеют упрочнения, вызванного предшествующей деформацией.

3. Методика построения объёмных диаграмм рекристаллизации 1-го и 2-го рода

Величина рекристаллизованного зерна зависит от следующих факторов: 1 - температуры нагрева, 2 - степени деформации, 3 - химического состава металла, 4 - скорости деформации, 5 - исходной структуры, 6 - скорости и времени нагрева.

Связь между величиной зерна, температурой и степенью деформации обычно представляется объёмной диаграммой рекристаллизации.

Различают два типа диаграмм рекристаллизации: 1 - диаграмма после холодной деформации, или диаграммы рекристаллизации первого рода и 2 - диаграммы при горячей обработке, диаграммы рекристаллизации второго рода.

На рис. 1 представлена объёмная диаграмма рекристаллизации из углеродистой стали. Аналогичный характер имеют диаграммы рекристаллизации и для других металлов и сплавов.



Рис. 3.1. Диаграмма рекристаллизации малоуглеродистой стали. Стр.134

Для построения диаграмм рекристаллизации первого рода металл предварительно подвергают холодному пластическому деформированию с различными степенями деформирования. Затем холоднодеформированый металл подвергают отжигу при различных температурах. После этого устанавливается зависимость между степенью деформации, температурой отжига и величиной зерна.

Для построения диаграмм рекристаллизации второго рода металл подвергают различным степеням деформации при температурах и скоростях соответствующих предполагаемому режиму реального процесса деформации. Затем устанавливается зависимость между степенью деформации, температурой обработки и получившейся величиной зерна.

Диаграммы рекристаллизации обычно строятся по данным испытаниям осадку. При этом, вследствие наличия сил трения по поверхностям контакта степень деформации в различных зонах деформированного образца различна. В результате этого поле рекристаллизации величина зерна также получается различной (рис. 2). Из рис. 2 видно, что с увеличением коэффициента трения по поверхности контакта разбег в величине зерна возрастает. При отсутствии трения размер зерна остаётся постоянным по всему объёму тела.

В зависимости от метода определения степени деформации и величины зерна, ей соответствующей, различают обычные и истинные диаграммы рекристаллизации.

При построении обычных диаграмм рекристаллизации величину зерна измеряют в месте пересечения диагоналей осевого сечения осаживаемого образца и относят её к общей степени деформации.

При построении истинных диаграмм рекристаллизации величина зерна измеряется в той же точке, где определялась степень деформации образца.

Методика определения истинных деформаций заключается в том, что степень деформации в различных местах осаживаемого образца определяется по изменению шага резьбы винта, предварительно ввинченного в образец, с одновременным измерением величины зерна в тех же местах.

Рис.3.2. Распределение размера зерна по центральной оси образцов после их осаживания в разных условиях трения и после рекристаллизации. Стр.135

4. Двумерные диаграммы и их характеристики

Поскольку главная движущая сила рекристаллизации - энергия дефектов решётки, в большинстве случаев вырастающие из зародышей относительно мелкие зёрна успевают занять весь объём поликристалла и деформированная матрица исчезает. На этом заканчивается первичная рекристаллизация.

При дальнейшем нагреве новые зёрна не возникают, а растут за счёт соседних зёрен. Скорость перемещения границ зёрен на этой стадии меньше. Указанный процесс огрубления структуры называют собирательной рекристаллизацией. Основной движущей силой собирательной рекристаллизации является стремление к уменьшению зернограничной энергии, происходящее из-за уменьшения границ зёрен.

Для большинства промышленных металлов разнозернистость или наличие в структуре равномерных крупных зёрен нежелательно. Для получения равномерно мелкого зерна выбирают суммарную степень деформации и длительность отжига по диаграмме рекристаллизации и применяют ряд дополнительных технологических приёмов.

На практике широко применяют такие двумерные диаграммы, показывающие влияние температуры и длительность отжига на механические свойства материала (см. рис.4.1) на рис.4.1.а, и виден температурный интервал рекристаллизации (заштрихованная зона). Видно, что при t = 400-6000С временное сопротивление В снижается, примерно с 800 Мпа до 450 Мпа, то есть примерно в 2 раза. Вверху показано изменение рекристаллизованного зерна и рост зёрен при t 9000С, сопровождающийся снижением показателя прочности В .

Рис. 4.1.б иллюстрирует снижение наклёпа (упрочения) в зависимости от времени отжига при различных температурах отжига. Видно, что при одном и том же времени отжига, доля наклёпа существенно уменьшается с ростом температуры. Например, при = 300 мин, с ростом температуры от 300 до 5000С доля наклёпа уменьшается с 90% до 25%. За 100% принят наклёп после холодной деформации.

Диаграммы типа 4.1.б позволяют проследить влияние длительности отжига при данной температуре.

5. Влияние степени деформации (коэффициента укова) на механические свойства поковки.

Критической степенью деформации называется такая степень пластической деформации металла, в результате которой при данной температуре рекристаллизационного отжига в случае холодной деформации или при данной температуре горячего деформирования зерно достигает наибольшей величины.

Увеличение степени деформации способствует увеличению числа центров рекристаллизации, а следовательно, и числа рекристаллизованных зёрен, что при данном объёме тела даёт уменьшение их размеров.

На рис. 4.1. показан характер изменения величины зерна в зависимости от степени деформации при постоянной температуре. Критическая степень деформации соответствует точки а . Точка с определяет величину зерна при критической степени деформации. Из рис.4.1. видно, что в интервале степеней деформации от точки а до точки в величина зерна значительно больше величины зерна недеформированного металла.

Величина зерна в интервале критических степеней деформации изменяется неравномерно: при критической степени деформации она скачкообразно достигает максимума, а потом, с увеличением степени деформации плавно уменьшается до величины зерна недеформированного металла.



Рис.5.1. Изменение величины зерна в зависимости от степени деформации при постоянной температуре

Местоположение интервала критических степеней деформации и величина зерна в нём зависит от следующих факторов:

1. С повышением температуры критическая степень деформации уменьшается.

2. С повышением температуры величина зёрен, соответствующая критической степени деформации, увеличивается.

3. С увеличением скорости деформации критическая степень деформации уменьшается.

4. С повышением температуры интервал критических степеней деформации расширяется.

Длительное время считалось, что рассмотренный вид диаграммы рекристаллизации является типовым. Однако опытами В.П. Северденко совместно с Я.Х.Сартаном было установлено, что в области высоких обжатий ( порядка 95% и выше) имеется подъём кривых, отвечающий второму максимальному размеру зерна (рис.4.2.)

Объяснить появление второго максимума на диаграмме рекристаллизации можно происходящем в металле процессом собирательной рекристаллизации, которая состоит в том, что размеры равноосных зёрен, полученных в результате рекристаллизации , увеличиваются за счёт их объединения.

Рис.5.2. Диаграмма рекристаллизации с двумя максимумами при постоянной температуре.

Из рассмотрения диаграмм рекристаллизации вытекает, что сочетанием степени холодной деформации и режима рекристаллизации можно получить зёрна различной величины, что имеет большое значение для процесса обработки давлением и для придания металлу необходимых служебных свойств.

При обработке металлов давлением когда рекристаллизационный отжиг является промежуточным между этапами холодной деформации, получение крупнозернистого строения нежелательно, так как это понижает пластичность металла. В большинстве случаев крупнозернистый металл нежелателен и при изготовлении изделий из конструкционных и инструментальных сталей. В этих случаях необходимо избегать условий деформирования, создающих крупнозернистый металл, в частности избегать критических степеней деформации. Для электротехнических сталей, наоборот, во многих случаях желательно иметь крупнозернистое строение.

На рис. 5.3.приведены графики, иллюстрирующие механические свойства углеродистой стали в зависимости от степени обжатия (коэффициента укова).

Под степенью обжатия понимается отношение исходной площади поперечного сечения к текущему её значению. Из рис.5.3. видно, что показатели пластичности в продольном направлении в начале интенсивно увеличиваются до степени обжатия F0 / F1 4, затем медленно увеличиваются до F0 / F1 = 10-12. Показатели пластичности в поперечном, относительно волокон, направлении в начале увеличиваются, а затем достигнув максимального предела начинают быстро снижаться.

Рис.5.3. Изменение механических свойств углеродистой стали в зависимости от степени обжатия: а - образцы с продольным расположением волокон, б - с поперечным.

При обработке металлов давлением обычно стремятся вести процесс деформирования таким образом, чтобы волокна макроструктуры были расположены в направлении наибольших нормальных напряжений, возникающих в детали при нагружении в условиях её работы.

6. Разупрочнение при горячей деформации и его влияние на структурообразование

На рис. 6.1. приведена диаграмма, иллюстрирующая разупрочнение при горячей деформации и влияние разупрочнения на структурообразование.

Рис.6.1. Разупрочнение при горячей деформации и влияние разупрочнения на структурообразование.

В соответствии с классической теорией ОМД разница между холодной и горячей деформацией заключается в том, что если в первом случае деформация приводит к существенному деформированному упрочнению, то во втором - к значительно меньшему упрочнению, так как деформация происходит при температуре выше температуры рекристаллизации. Это подтверждает также кривыми текучести ( = f()) , которые отражают зависимость сопротивления деформации от степени деформации при постоянной скорости деформации и температуре.

Разупрочнение - процесс, протекающий во времени и происходящий полностью тогда, когда скорость разупрочнения больше, чем скорость упрочнения. Если это условие не соблюдается, то при горячей деформации также может возникать упрочнение.

Упрочнение и разупрочнение зависят, прежде всего, от свойств материала, скорости и времени протекания процесса.

Процессы возврата и рекристаллизации протекают как динамически, то есть во время деформации, так и статически, то есть после деформации, в интервалах между двумя этапами деформации или перед охлаждением.

На рис. 6.1. схематически изображены различные пути разупрочнения при горячей деформации, причём рассматривается их взаимосвязь со структурообразованием.

В противоположность существующему ранее мнению о том, что уже в процессе деформации упрочнение снижается за счёт рекристаллизации результаты недавних исследований показывают, что по крайней мере, для материалов с высокой энергией упаковки механизм разупрочнения в значительной мере основан на динамическом возврате.

7. Влияние скорости деформации на сопротивление деформированию.

Скоростью деформации называется изменение степени деформации в единицу времени или относительное смещение объёма в единицу времени, т. е.:

 = d / dt =dVc / Vdt (7.1.)

Определение механических свойств металлов и сплавов обычно производят на универсальных испытательных машинах со скоростями деформирования, не превышающими 10 мм/сек.. Обработка давлением на прессах и ковочных машинах производится при средней скорости движения рабочего органа машины в пределах от 0.1 до 0.5 м/сек.. Штамповка на молоте характерна динамическим воздействием на металл: скорость бабы молота в момент удара составляет 5 - 10 м/сек, а весь процесс деформирования длится лишь сотые доли секунды. При штамповке взрывом скорости деформирования измеряются сотнями метров в секунду.

При анализе и проектировании технологических процессов ОМД необходимо знать, как влияет скорость деформации на сопротивление деформированию и пластичность.

Используя литературные источники можно получить следующие экспериментальные данные:

1) С ростом скорости деформации сопротивление деформированию возрастает;

2) С ростом скорости деформации сопротивление деформированию существенно не меняется;

3) С ростом скорости деформации сопротивление деформированию уменьшается.

Противоречивость приведённых данных объясняется не индентичностью условий проведений экспериментов, в опытах различных авторов и сложностью явлений протекающих при горячих деформациях.

При горячей обработке давлением одновременно протекает два процесса, действующие на сопротивление деформации в противоположных направлениях: упрочнение и разупрочнение. Оба процесса протекают во времени. Скорость упрочнения определяется скоростью деформации, а скорость разупрочнения - скоростью рекристаллизацией, которая зависит от температуры металла.

Влияние указанных факторов можно учесть уравнением, предложенным А. Надаи:

d = (/T)dT + (/)d + (/)d (7.2)

где - сопротивление деформированию;

Т - температура;

- скорость деформации;

- степень деформации.

Первый член этого уравнения характеризует изменение сопротивление деформации в зависи отсутствует, то этот член также равен нулю. Третий член характеризует изменение сопротивления деформации с изменением скорости деформации.

Если провести аналогию пластической деформации тела с течением вязкой жидкости, то зависимость сопротивления деформации от скорости можно выразить уравнением:

=0 + (7.3)

где - сопротивление деформации при скорости деформации ,

0 - то же, при статическом испытании,

- коэффициент вязкости.

Данные получаемые по формуле (7. 3.), значительно отличаются от экспериментальных данных, которые не подтверждают линейной зависимости сопротивления деформации от скорости деформации.

Наибольшего внимания заслуживают формулы, предложенные П. Людвико:

Т = ТО + n ln(/0) (7.4)

и А. Рейто

Т = ТО (/0)m (7.5)

где Т и ТО напряжения текучести соответственно при скоростях деформации и 0,

n и m - коэффициенты, зависящие от рода металла и температуры деформации.

В приведённых выше формулах имеются коэффициенты, зависящие от природы металла и имеющие различные значения для разных металлов и сплавов, что затрудняет использование этих формул для практических расчётов.

Для практических ориентировочных расчётов С. И. Губкин предложил учитывать влияние скорости деформации при помощи скоростного коэффициента, во сколько раз увеличивается напряжение текучести при том или ином увеличение скорости деформации.

Таблица 7.1

Значения скоростного коэффициента по С.И. Губкину

Отношение скоростей деформации 2 /1	Температура деформации
	Т/Тпл <0,3	Т/Тпл = 0,3 - 0,5	Т/Тпл = 0,5 - 0,7	Т/Тпл > 0,7
10 100 1000	1,05 - 1,10 1,10 - 1,22 1,16 - 1,34	1,10 - 1,15 1,22 - 1,32 1,34 - 1,52	1,15 - 1,30 1,32 - 1,70 1,52 - 2,20	1,30 - 1,50 1,70 - 2,25 2,20 - 3,40
При переходе от скорости =10-1сек -1 к ударной нагрузке	1,10 - 1,25	1,25 - 1,75	1,75 - 2,50	2,50 - 3,50
	Примечание: Т - абсолютная температура деформации Тпл - абсолютная температура плавления.

Представляет определённый интерес экспериментальное исследование по установлению влияния скорости деформации широком диапазоне температур и скоростей деформации, проведённое А.Надаи, и М.Менджойном . Ими установлено, что при температурах выше 6000 для малоуглеродистой стали сопротивление деформированию возрастает с увеличением скорости (рис. 7.1.). Так, например, если для температур 10000 при скорости деформации 10-2 сек-1 , что примерно соответствует ковке на прессах, сопротивление деформации = 3 кГ/мм2 ,то при скорости деформации 10 сек-1, что примерно соответствует ковке под молотом, сопротивление деформации = 11кГ/мм2 или почти в 4 раза больше. Таким образом, при увеличении скорости деформации в 104 раза сопротивление деформации увеличивается примерно в 4 раза.

При понижении температуры и тех же скоростях деформации соотношение 1/0 несколько уменьшается и при 8000 это соотношение уже менее 3, а при 6000 несколько больше 2.

При температуре 200 (комнатной) в интервале изменения скорости деформации (от 10 до 10 сек) сопротивление деформированию практически остаётся неизменным.

Рис. 7.1. Влияние скорости деформации на предел прочности малоуглеродистой стали (А.Надаи и М.Менджой).

П.И.Кук отмечает, что зависимость между скоростью деформации сопротивлением деформации является весьма сложной, так как трудно учитываемым фактором также является и влияние химического состава металла при различных температурах.

Из графика приведённого на рис. 7.1. и 7.2. следует, что нельзя рассматривать влияние температуры на механизм деформации отдельно от скорости. Поэтому обычно говорят о так называемом температурно-скоростном факторе деформации.

Рис 7.2 Cопротивление металла деформированию в зависимости от степени деформации при различных скоростях деформации

-малоуглеродистая сталь (0,15%С); -среднеуглеродистая сталь (0,56%С);

-сталь типа 1Х18Н8; -быстрорежущая сталь 1Ф18Х4В1

Из рассмотрения графиков, приведённых на рис 10 следует, что при высоких скоростях деформации 40-100 сек они напоминают кривые упрочнения стали. Для них типичным является интенсивный рост сопротивления деформированию при степенях деформации от 0 до 0,4 и далее затухание роста сопротивления деформации. Некоторые кривые при высоких степенях деформации имеют тенденцию к понижению, что объясняется, тепловым эффектом деформации.

Влияние скорости и степени деформации на пластичность изучено ещё не достаточно. Обычно с повышением скорости и степени деформации пластичность уменьшается в связи с тем, что не успевают завершится процессы разупрочнения. Однако, при деформации с высокими скоростями происходит нагрев металла, ибо тепло, возникающее на плоскостях скольжения, не успевает рассеиваться в пространство, а следовательно, и повышение пластичности за счёт развития диффузионных процессов деформации и разупрочнения. Повышение температуры металла за счёт теплового эффекта можно использовать для практических целей. Известно, что при ковке под молотом частыми ударами можно длительное время сохранять (и даже повысить) температуру паковки. В опытах С.И.Губкина по штамповке радиаторных трубок из меди процесс при низких скоростях не мог выполняться из-за недостаточной пластичности металла. При повышении скорости деформации процесс протекал нормально, причём рентгено-анализ показал полное разупрочнение трубок, отштампованных с высокой скоростью.

Скорость деформации может оказать существенное влияние на процесс обработки давлением в том случае, когда обработка совершается при температурах близких к зонам хрупкости. Например, уармко-железа зона хрупкости находится в интервале температур 825С-1100С . Если такой металл подвергать обработки давлением при температуре, близкой к 825С с большой скоростью деформации, то вследствие повышения температуры металл может перейти в зону хрупкости, и его дальнейшая деформация будет затруднена. Однако, если тот же металл, но нагретый до температуры 1100С , подвергнуть обработке давлением с такой же большой скоростью, то благодаря тепловому эффекту его можно вывести из зоны хрупкости и сравнительно легко обработать.

На основание изложенного можно сделать заключение:

1 Увеличение скорости деформации понижает пластические свойства металла в следующих случаях:

а) если скорость протекания процессов упрочнения при деформации превышает скорость процессов разупрочнения

б) если вследствие теплового эффекта деформации температура деформируемого тела повысится настолько, что металл перейдёт в температурную область пониженной пластичности.

2 Повышение скорости деформации приводит к увеличению пластичности при условиях:

а) если процессы разупрочнения в период деформации протекают быстрее, чем процесс упрочнения металла.

б) если при повышение скорости деформации происходит рост температуры металла (за счёт теплового эффекта ),что способствует переходу металла из температурной зоны хрупкости в зону пластичности.

8. Построение графика = f(T) для меди

Построение графика зависимости сопротивления деформированию от температуры = f(T) для меди по формуле :

Т = плexp[m(Tпл - Т)] (9.1.)

Экспериментальные данные для меди, необходимые для построения графика: пл = 25Мпа, m =3.8*10-3, Тпл =13750К, Т = 293…12930К.



Рис.9.1. График зависимости сопротивления деформированию от температуры

По эксперементальным данным найдем значения для сопротивления деформированию по формуле 9.1:

Т = плexp[m(Tпл - Т)]

при Т=2930К:

Т=25*103*exp[3,8*10-3(1375-293)]=25*103*2,7141,116

при Т=3930К:

Т=25*103*exp[3,8*10-3(1375-393)]=25*103*2,7137,316

Аналогичным образом производим расчет сопротивления деформированию Т для температур: 4930К,5930К,6930К,7930К,8930К,9930К,10930К,11930К,12930К

Запишем полученные данные в таблицу 2.1. По данным из таблицы построим зависимость сопротивления деформированию от температуры.

пл, Мпа	m,*10-3	Тпл, 0К	Т, 0К	Т, Мпа
25	3,8	1375	293	104,3646
25	3,8	1375	393	71,37094
25	3,8	1375	493	48,80783
25	3,8	1375	593	33,37779
25	3,8	1375	693	22,82578
25	3,8	1375	793	15,60967
25	3,8	1375	893	10,67485
25	3,8	1375	993	7,30012
25	3,8	1375	1093	4,99227
25	3,8	1375	1193	3,414021
25	3,8	1375	1293	2,5

В нашей работе мы рассмотрели материал медь и интервал температур от 2930К до 12930К. По экспериментальным данным, таблице 2.1 и графику зависимости сопротивления деформации от температуры мы можем сделать заключение, что максимальное значение сопротивления деформированию соответствует точке т(н) и равно 104,3646 МПа при температуре 2930К, а минимальное - соответствует точке т(к) и равно 2,5 МПа при температуре 12930К.

Вывод: из графика зависимости сопротивления деформированию от температуры мы видим, что сопротивление деформированию с ростом температуры уменьшается в 11 раз.

Литература

1. М.В.Сторожев, Е.А.Попов. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 2007 г.

2. Н.П.Громов. Теория обработки металлов давлением. М.:Металлургия, 2008г.

3. Ф.П.Михаленко. Физическая природа пластической деформации металлов (учебное пособие). НГТУ, 2012г.

Размещено на Allbest.ru