§ 4. Пластическая деформация металлов и сплавов в горячем и холодном состоянии

Обработка металлов давлением основана на пластич­ности металлов и сплавов. Пластичностью называют способность металлов изменять свою форму под действи­ем инструмента без разрушения. Пластичность металлов и сплавов не является физической характеристикой, а определяется также и условиями деформации. Один и тот же металл или сплав будет иметь в одних условиях большую пластичность, допускающую большие дефор­мации, в других — разрушаться при небольших остаточ­ных изменениях формы. Пластичность металлов и спла­вов зависит от химического состава и фазового состоя­ния, структуры, а также от условий — температуры, скорости, степени деформации и механической схемы.

Технические процессы обработки металлов давлением осуществляются как в холодном, так и в горячем со­стоянии. Основными механизмами пластической дефор­мации в горячем и холодном состоянии являются: внут – ризеренное скольжение, двойникование, взаимное пере­мещение и поворот зерен. При пластической деформации происходит измельчение зерен металла, ориентация зе­рен вдоль преимущественного направления деформации, искажаются и заклиниваются плоскости скольжения, возникают напряжения между отдельными зернами, час­тями металла и др.

Указанные изменения приводят к тому, что пласти­ческие характеристики металла или сплава уменьшают­ся, а прочностные свойства (предел текучести, предел прочности) возрастают. Важно отметить, что при холод­ной деформации изменения свойств металлов и сплавов накапливаются по мере увеличения степени деформации. Это приводит к тому, что при достижении определенной суммарной деформации металлы и сплавы теряют спо­собность деформироваться пластически, начинают раз­рушаться.

На рис. 118 показана зависимость предела текучести и относительного удлинения от степени деформации для углеродистой стали У10. При достижении общего отно­сительного обжатия в 50 % предел текучести и предел прочности увеличились в два с лишним раза, а относи­тельное удлинение уменьшилось с 30 до 2,5%. Значи­тельное увеличение Прочностных характеристик метал­ла и почти полная потеря пластичности, как результат упрочнения и образования субмикротрещин, определяют необходимость промежуточных нагревов.

При исследовании изменения свойств упрочненного металла при нагреве пользуются понятием гомологичес­ких температур. Гомо­логическая температу­ра определяется как часть от температуры плавления по абсолют­ной шкале. Например, гомологические темпе­ратуры для низкоугле­родистой стали равны: 0,3 7^ = 0,3 (1530+ +273) =540 K= = 267 °С; 0,4 7ПЛ = =0,4 (1530+273) = = 720 К=447 °С.

He

При нагреве метал-

Рис. 118. Изменение механиче­ских свойств стали У10 при хо­лодной деформации

Ла до 0,3 T11R частично снижаются прочностные харак­теристики и повышается пластичность. Рекристаллиза­ция происходит при температуре >0,4 Tuл. При полной рекристаллизации металл приобретает свойства, при­сущие ему до холодной деформации, т. е. происходит полное разупрочнение и восстановление пластических свойств. Основная часть металла обрабатывается в го­рячем состоянии. При горячей обработке металлов дав­лением значительно ниже прочностные свойства метал­лов и сплавов, меньше усилие, необходимое для осущест­вления деформации.

Б,,бт, МН/м

Mo

1020

O JO 20 JO 40 50 60 70 80 90

Для большинства металлов и сплавов характерно – повышение пластических свойств при нагреве. Это поз­воляет пластически деформировать с повышенными частными обжатиями, которые не могут иметь место при холодной деформации вследствие больших усилий, не­обходимых для осуществления процесса и невысокой пластичности. Горячей обработкой металлов называется деформация при температуре, превышающей температу­ру рекристаллизации. Технические процессы горячей об­работки давлением стали осуществляются при темпера­туре 1000—1250 °С, составляющей (0,7—0,8) Тпл. При горячей обработке давлением одновременно протекают два процесса в деформируемом металле: наряду с упроч­нением металла происходит его разупрочнение под вли­янием высоких температур.