Упрочнение при холодной деформации металла

Часть обработки металлов давлением (ОМД) проводят при повышенной температуре, используя снижение сопротивления деформации и увеличение пластичности (относительного удлинения) при увеличении температуры. Схематично эта зависимость представлена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Зависимость и от температуры

Однако в ряде случаев ОМД проводят в холодном состоянии. Эти случаи [5]:

1) когда сечения заготовки малы, а из-за большого отношения поверхности к объему охлаждение происходит так быстро, что практически невозможно обеспечить повышение температуры в зоне деформации. Это прокатка тонких листов, листовая штамповка;

2) при волочении, когда усилие деформации воспринимает выходящий из волоки передний конец изделия; увеличение температуры снизит его прочность; произойдет обрыв;

3) для повышения прочности наклепом; это особенно важно для чистых металлов и однофазных сплавов, увеличение прочности которых термообработкой невозможно;

4) для придания специальных физических, например, магнитных свойств (холодную листовую прокатку применяют при производстве электротехнических сталей – трансформаторных, динамных);

5) для получения изделий повышенной точности размеров и чистоты поверхности (холодная объемная штамповка).

Перед холодной деформацией заготовку не нагревают и температура металла < (0,2…0,25). Здесь температуры указаны по Кельвину, - температура плавления металла. При этом по ходу деформации движение дислокаций все больше затрудняется. Это приводит к упрочнению металла (наклепу) – повышению сопротивления деформации, а также твердости, по мере увеличения деформации. График зависимости от степени деформации называется кривой упрочнения (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Кривая упрочнения

Зона I на кривой упрочнения. Здесь происходит множественное перемещение дислокаций в двух и более плоскостях скольжения. В поликристалле (рис. 3.13), состоящем из различно ориентированных зерен, деформация

Рис. 3.13. Деформация поликристалла

начинается в зернах, плоскости скольжения которых расположены под углом 45˚ к направлению усилия. Сначала будут деформироваться зерна и, а затем уже (при повышении усилия P) зерна и. То есть деформация осуществляется неравномерно.

В процессе деформации растет число препятствий скольжению дислокаций из-за дробления зерен на более мелкие и увеличения протяженности границ между зернами. Дислокации скапливаются у различных барьеров.

Зона II на кривой упрочнения. При большой деформации повышается температура за счет перехода энергии пластической деформации в тепловую. Происходит перераспределение дислокаций. Интенсивность наклепа снижается. Происходит динамический возврат, то есть снятие внутренних напряжений в процессе деформации.

Пластичность (относительное удлинение) при наклепе (повышении степени деформации) снижается, что схематично показано на рис. 3.14.

Рис. 3.12. Зависимость пластичности от степени деформации

Экспериментально такой график можно получить следующим образом. Имеем набор пластин из листового металла исходной толщиной =3 мм. Прокатываем первую пластину в холодном состоянии на лабораторном стане до толщины =2,8 мм. Рассчитываем. Растягиваем прокатанный образец на испытательной машине до разрушения и определяем. В результате получаем точку 1 на графике.

Вторую пластину толщиной =3 мм прокатываем до =2,6 мм. Рассчитываем. Растягиваем образец и определяем. Получаем точку 2 на графике.

Третью пластину толщиной =3 мм прокатываем до =2,4 мм. Рассчитываем. Растягиваем образец и определяем. Получаем точку 3 на графике.

Степень деформации при прокатке определяется по формуле, где S – толщина пластины после прокатки.

На рис. 3.13 приведены примеры изменения и в зависимости от для разных марок сталей. Для стали пластичность понижается с увеличением содержания углерода и легирующих добавок, а прочность повышается.

Рис. 3.13. Изменение и в зависимости от для разных марок сталей

Дата добавления: 2014-01-05