Основными факторами, которые оказывают очень важное влияние на пластичность и устойчивость металлов к деформации, являются химический состав, температура металла, скорость деформации, фазовая диаграмма напряжения-деформации, контактное трение и так далее.
Влияние химического состава является значительным. Чистые металлы и сплавы, образующие твердые растворы, обладают наибольшей пластичностью.
- Худшие пластические свойства у сплавов, которые образуют механическую смесь с соединением. Как черные, так и цветные сплавы подвергаются обработке давлением.
Углеродистые и легированные стали из черных сплавов обрабатываются под давлением цветных сплавов — бронзы, латуни, дюралюминия и т. Д.
Большинство деталей изготавливаются из стали методом обработки давлением. В связи с этим необходимо учитывать влияние некоторых примесей на пластичность стали и ее сопротивление деформации.
- Углерод является основной примесью, которая влияет на свойства стали.
Когда содержание углерода в стали увеличивается, пластичность уменьшается и сопротивление деформации увеличивается.
Сталь с максимальным содержанием углерода 0,5% обладает превосходной пластичностью, поэтому обработка таких сталей давлением не вызывает затруднений. Однако очень трудно создать давление в стали, содержащей более 1% углерода. Кремний и марганец не входят в состав обычной стали (от 0,17 до 0,35% и от 0,3 до 0,8% соответственно) и не оказывают существенного влияния на пластичность стали.
По мере дальнейшего увеличения содержания кремния и марганца в стали ее пластические свойства снижаются, а стойкость к деформации увеличивается.
Сера содержится в стали как химическое соединение FeS или MnS. Вызывает красное повреждение стали.
Явление красной хрупкости связано с образованием эвтектики FeS + Fe вдоль границ зерен, которые плавятся при температуре 985 ° C. Когда сталь нагревают до температуры 1000-1200 ° C для ковки, эвтектическая прокатка плавится, непрерывность границ зерен нарушается, и в этих местах во время деформации образуются трещины.
Steel い В присутствии стали MnS расстояние между красными трещинами смещается в область более высоких температур (1200 ° C). В связи с этим содержание серы в железе (в виде соединений FeS) должно быть минимальным (0,03-0,05%). Фосфор в стали содержится в твердом растворе (феррите). Вызывает холодную ломкость стали.
Увеличение содержания фосфора в стали повышает стойкость к пластической деформации, что усложняет обработку давлением. Следовательно, содержание фосфора в стали должно составлять 0,03-0,04% или менее.
Легирующие элементы (хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и др.) Снижают пластичность и повышают устойчивость к деформации. Кроме того, чем больше углерода в стали, тем она прочнее.
Температура оказывает существенное влияние на механические свойства металлов и сплавов. При повышении температуры примерно до 100 ° С пластичность немного увеличивается, а прочностные свойства снижаются.
При дальнейшем повышении температуры примерно до 300 ° С наблюдается значительное увеличение прочностных свойств и снижение пластических свойств. Это явление называется кеноромия (от обесцвечивания цвета).
- Считается, что хрупкость, наблюдаемая при этих температурах, вызвана осаждением карбидов, нитридов и других дисперсных частиц вдоль поверхности скольжения. По мере дальнейшего повышения температуры прочностные свойства значительно снижаются.
- При температуре около 1000 ° С предел прочности при растяжении уменьшается более чем в 10 раз. Индекс пластичности падает в пределах 800-900 ° С из-за незавершенного процесса фазового превращения стали и перекристаллизации. Когда температура поднимается дальше, вы можете наблюдать ее быстрое повышение.
Таким образом, опасные температурные зоны, связанные с пониженной пластичностью, представляют собой кинематографические зоны и зоны, в которых происходят неполная рекристаллизация и фазовые превращения. Эта картина наблюдается с другими металлами и сплавами.
На пластичность также влияет скорость деформации. При деформации металла необходимо различать две скорости: скорость деформации, которая представляет собой скорость движения рабочего тела станка (молотка, ползуна пресса, рабочего валка и т. Д.) И степень деформации ε в единицу времени t Скорость деформации, которая является изменением.
Во время обработки давлением пресса скорость деформации составляет около 0,1 ~ 0,5 м / с, а скорость деформации составляет 1 ~ 5 сˉ¹.
При обработке с приложенным к молотку давлением скорость деформации в момент удара достигает 5-10 м / с. В этом случае весь процесс деформации за один ход длится 1/100 секунды, а скорость деформации может достигать 200-250 сˉ¹. Во время деформации металлов из-за взрывов возникают даже более высокие скорости, измеряемые со скоростью сотни метров в секунду.
В первом приближении можно сказать, что увеличение скорости деформации увеличивает сопротивление металла деформации и снижает пластичность. Пластичность некоторых магниевых и медных сплавов и высоколегированных сталей снижается особенно быстро. Это потому, что скорость рекристаллизации низкая.
Скорость деформации при высокотемпературной обработке давлением оказывает большее влияние на металл, чем при низких температурах. Однако это явление является более сложным в детальных исследованиях влияния скорости деформации на эти свойства. На практике во время деформации возникает тепловой эффект, который может различаться при разных скоростях и условиях деформации. В некоторых случаях деформации металла может происходить значительное локальное повышение температуры (до 200-300 ° C), что сразу же влияет на пластичность и устойчивость к деформации.
Выполнение деформации при температурах, близких к максимальному значению для конкретного металла, может значительно снизить пластичность и повысить устойчивость к деформации. И наоборот, когда деформация происходит при почти минимальных температурах, тепловой эффект увеличивает пластичность металла и уменьшает его сопротивление деформации.
Следовательно, поскольку скорость и температура при обработке давлением тесно связаны друг с другом, влияние скорости деформации и температуры на механические свойства металлов нельзя рассматривать отдельно. Из-за этой зависимости температурно-скоростное состояние деформации, т.е. так называемый термомеханический режим терапии давлением.
Контактное трение — это трение, возникающее на поверхности контакта между деформационным инструментом и металлом. Когда на контактной поверхности возникает большая сила трения во время обработки давлением, схема напряженного состояния резко меняется, что сильно влияет на пластичность и сопротивление деформации металла.
Например, линейная картина напряжений возникает, когда отсутствует контактное трение во время осадки цилиндра под плоским ударником. При наличии трения возникает схема объемного напряжения.
Смотрите также:
Примеры решения задач по материаловедению
