Физическая сущность обработки металлов давлением

3.2.1 Физическая сущность обработки металлов давлением

Обработка давлением основана на способности металлов в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в исходное положение, а занимают новые положения равновесия. Для начала перехода атомов в новые положения равновесия необходима определенная величина действующих напряжений, зависящая от межатомных сил и характера взаимного расположения атомов (типа кристаллической решетки, наличия и расположения примесей, формы и размеров зерен поликристаллов и т.п.).

Величина пластической деформации не безгранична. При определенном ее значении, называемом предельной деформацией, может начаться разрушение металла. На величину предельной деформации оказывают влияние такие факторы, как механические свойства сплавов, температурно-скоростные условия деформирования и схема напряженного состояния.

С увеличением степени деформации при обработке металла в холодном состоянии (листовая штамповка, волочение, прокатка тонких листов) возрастают прочностные и понижаются пластические характеристики металла, одновременно меняются и физические свойства.

Если обработка давлением протекает ниже температуры рекристаллизации и сопровождается поверхностным упрочнением (наклепом), то такая обработка называемся холодной. Если обработка давлением протекает выше температуры рекристаллизации и не сопровождается поверхностным упрочнением (наклепом), то такая обработка называется горячей.

Преимущества горячей пластической деформации

1)  Меньшая опасность разрушения металла (с повышением температуры прочность металла снижается и благодаря рекристаллизации становится возможным значительное формоизменение).

2)  Снижение необходимых усилий и энергии деформирования, так как деформирующее усилие при горячей пластической деформации, по сравнению с холодной деформацией, может быть меньше в 30—40 раз, что очень важно при ковке и штамповке крупногабаритных поковок.

3)  Сокращение технологического цикла, так как при холодной деформации возможно накопление дефектов, что может привести к исчерпанию ресурса пластичности, а при горячей деформации устранение дефектов происходит в процессе ковки и штамповки.

4)  Возможность формирования мелкозернистой структуры. Если в результате горячей пластической деформации необходимо формировать мелкозернистую структуру, температура на заключительной стадии ковки или штамповки должна быть выше температуры рекристаллизации.

5)  Уменьшение анизотропии механических характеристик, так как текстура после горячей деформации выражена слабее, чем после холодной.

Недостатки горячей пластической деформации

1)  Трудность поддержания постоянной температуры при проведениипроцесса деформирования.

2)  Низкое качество поверхности за счет того, что металлы и сплавы при нагреве до температур горячей пластической деформации покрываются окалиной. Окалина обладает достаточно высокой твердостью и заковывается (заштамповывается) в поверхностные слои поковки. При этом необходимо увеличение припусков на механическую обработку.

3)  Затруднение точного контроля размеров изделия — угар металла в условиях пластической деформации не позволяет точно учесть изменения размеров поковки при ее охлаждении. При ковке крупных поковок из-за тепловой радиации подход к заготовке для определения ее размеров затруднен.

4)  Некоторое разупрочнение — в отличие от упрочнения, которое получает металл при деформировании в холодном состоянии.

5)  Неоднородность формируемой структуры и свойств, так как конечные размеры зерен в поковке, изготовленной в условиях горячей деформации, никогда не бывают одинаковыми, поскольку в поверхностных слоях металла деформация всегда более интенсивна. Размер зерен возрастает от поверхности к центру поковки, что обусловлено более быстрым охлаждением поверхностных слоев, и собирательная рекристаллизация не успевает произойти.