Горячая обработка металлов давлением (общие сведения)

Различают три вида деформации [11]: 1) холодная; 2) полугорячая; 3) горячая.

Холодная деформация происходит при температуре металла ниже. Металл упрочняется; полностью отсутствуют процессы разупрочнения (возврат, рекристаллизация); не происходит залечивания внутри- и межзеренных нарушений. В результате холодной деформации прочность повышается; пластичность снижается; при увеличении степени деформации появляется текстура.

Горячая деформация происходит при температуре больше. Одновременно происходят процессы, действующие на сопротивление деформации в противоположных направлениях, то есть упрочнение и разупрочнение за счет возврата и рекристаллизации. Оба процесса протекают во времени с различной скоростью. Процесс разупрочнения протекает со скоростью меньшей, чем скорость деформации в промышленных условиях. Кристаллизация идет после завершения горячей обработки, а заготовка остынет до температуры ниже достаточно долго (десятки минут). Структура металла изделия в результате получается практически недеформированной.

Полугорячая деформация происходит при температуре. Подогрев до невысоких температур не вызывает окисления поверхности, что характерно для горячей деформации. Однако заметно повышается пластичность и снижается сопротивление деформации. При полугорячей деформации рекристаллизация и разупрочнение происходят менее интенсивно. Структура получается рекристаллизованной с наличием деформированной.

Термин «горячая обработка» условен. Обработка свинца при комнатной температуре сопровождается рекристаллизацией и, следовательно, тоже практически горячая. Свинец:. Железо: - холодная деформация.

Рассмотрим подробнее горячую деформацию. При повышении температуры существенно увеличивается пластичность и снижается сопротивление деформации. Это позволяет вести штамповку, ковку, прокатку с большими степенями деформации при меньших усилиях и расходе энергии. Без разрушения металла.

Исходный материал для горячей деформации – слиток (для свободной ковки; для деформирования в черновых клетях стана горячей прокатки). Он имеет высокую неоднородность зерен по величине и форме в разных зонах; химическую неоднородность; пустоты; газовые пузыри. При горячей деформации в результате диффузии химический состав несколько выравнивается; первичные кристаллы (дендриты) разрушаются и измельчаются; пустоты сжимаются и завариваются. Образуется волокнистая макроструктура горячедеформированного металла. Макроструктура полностью преобразуется после шести-, восьмикратной вытяжки (при прокатке) или уковке (при ковке). Вытяжка или уковка равна отношению площади поперечного сечения деформированной заготовки к площади сечения исходной заготовки.

Макроструктура – вытянутость зерен в направлении максимальной деформации. Видна при двукратном увеличении. Микроструктура видна при 5-10 кратном увеличении. По ней определяют размер зерен.

Пластичность деформированного металла выше, чем литого. Прочность тоже немного повышается.

Механизм пластической деформации при горячей обработке сходен с механизмом при холодной: деформация осуществляется внутрезеренным скольжением; межзеренным взаимным перемещением; поворотом зерен.

Пластичность повышается при горячей деформации за счет того, что возникающие микротрещины залечиваются в процессе деформирования.

Величина зерна после горячей обработки и свойства металла зависят от температуры, степени и скорости деформации. В процессе обработки одновременно происходит разрушение зерен в результате деформации и зарождение новых зерен в результате рекристаллизации. Если горячая деформация осуществляется за несколько этапов (несколько ударов молота; несколько проходов при прокатке), то величина зерен определяется в основном температурой и степенью деформации в последнем проходе, то есть режимом конца горячей обработки давлением.

Пусть S_к – средняя площадь зерна. График зависимости S_к = - диаграмма рекристаллизации второго рода (рис. 3.18). Здесь: - степень деформации, а - температура конца горячей обработки давлением. Напомним, что диаграмма рекристаллизации первого рода - зависимость S_к от степени предшествовавшей холодной деформации и температуры последующего отжига. Диаграммы первого и второго рода похожи.

Рис. 3.18. Диаграмма рекристаллизации второго рода (малоуглеродистая сталь; горячая прокатка)

Критическая степень деформации (пики на графиках) - это деформация при которой получим крупные зерна. Она соответствует примерно 8…15%. Критическая температура – 750…850˚С. При температуре конца прокатки 900-1000˚С зерно мелкое. В этом температурном диапазоне величина зерна слабо зависит от степени деформации; в основном от скорости охлаждения. При очень высоких температурах зерно крупное, так как металл достаточно долго находится при высокой температуре после деформации. В большинстве случаев желательно получение мелкозернистого металла, обладающего лучшими механическими свойствами.

Дата добавления: 2014-01-05