Обробка металів тиском. Фактори, що впливають на пластичність металу. Нагрівання металів перед обробкою тиском

ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ

ГЛАВА 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

§ 1. Суть та особливості обробки металів тиском

Обробка металів тиском базується на використанні однієї з основних властивостей металів—пластичності. Вона проявляється в незворотній зміні форми та розмірів тіла під дією зовнішніх сил без порушення його цілісності, яке супроводжується зміною структури та механічних властивостей металу.

Пластична деформація полягає в переміщенні одних атомів відносно інших на відстані, більші міжатомних в одній кристалографічній площині. При зміщенні атомів без зміни відстаней між

Рис. III.1. Схема ковзання (а) і зміни макроструктури металу при його деформуванні (б, в, г)

кристалографічними площинами силова взаємодія атомів не зникає, деформація відбувається без порушення суцільності тіла за рахунок ковзання (зсуву) однієї частини кристалу відносно іншої (рис, III.1, а). Але цей зсув відбувається не при одночасному зміщенні атомів, а поступовим переміщенням мікро стрибками вздовж; площини ковзання порушень (дефектів) кристалічної будови. При одночасному зсуві частин кристалів потрібні були б напруження в тисячі разів більші, ніж ті, що спостерігаються при деформації реальних металів.

При пластичній деформації, на відміну від пружної, відсутня лінійна залежність між напругами та деформаціями.

При обробці тиском виготовлення заготовок та деталей досягається пластичним переміщенням часток металу. В цьому основна відмінність і перевага обробки тиском порівняно з обробкою різанням, при якій форма виробів досягається вилученням частини заготовки. Завдяки цьому обробка тиском відзначається малими відходами металу. Разом з тим вона є високопродуктивним процесом, оскільки зміна розмірів та форми заготовок досягається одноразовим прикладанням зовнішнього зусилля. Ці особливості зумовлюють зростання ролі обробки тиском в машинобудуванні. Такій обробці піддається близько 90 % сталі і більше 50 % кольорових металів.

§ 2. Фактори, що впливають на пластичність металу

1. Вплив складу. Найбільшу пластичність мають чисті метали. Сплави—тверді розчини більш пластичні, ніж сплави, що утворюють хімічні сполуки. Компоненти сплавів впливають також на їх пластичність. З підвищенням вмісту вуглецю пластичність сталі зменшується. Сталі, що містять понад 1,5 % вуглецю, майже не піддаються куванню. Кремній знижує пластичність сталі, тому киплячу мало-вуглецеву сталь (08кп, 10кп) з малим вмістом кремнію застосовують при виготовленні деталей холодним штампуванням глибоким витягуванням,

У легованих сталях хром і вольфрам зменшують, а нікель та ванадій підвищують пластичність сталі. Сірка з залізом утворює сульфід (FeS), що у вигляді евтектики розміщується на границях зерен і при нагріванні до 1000 °С розплавляється. Внаслідок цього зв'язок між зернами порушується, і сталь стає крихкою. Таке явище має назву червоноламкості. Марганець, утворюючи тугоплавку сполуку MnS, нейтралізує шкідливу дію сірки. Фосфор збільшує міцність, твердість сталі, але зменшує, особливо при низьких температурах, пластичність та ударну в'язкість, викликаючи холодноламкість сталі.

2. Вплив температури. З підвищенням температури нагріву пластичність металів зростає, а міцність зменшується. Але у вуглецевих сталей при температурах 100...400 °С пластичність знижується, а міцність підвищується. Цей інтервал температур має назву зони крихкості, або синьоламкості сталі, що пояснюється появою найдрібніших часток карбідів по площинах зсуву при деформації.

3. Швидкість деформації — зміна ступеня деформації є за одиницю часу dє/dt. (Від швидкості деформації слід відрізняти швидкість деформування, що дорівнює швидкості переміщення деформуючого інструмента).

Механічні властивості металів визначаються при швидкостях деформування до 10 мм/с. Обробку тиском на пресах та кувальних машинах провадять