3.6. Изменение свойств металла при холодной обработке давлением
Упрочнение.
С повышением степени деформации
повышаются все показатели прочности:
предел упругости, предел пропорциональности,
предел текучести
,
сопротивление деформации
,
предел прочности
.
Повышается твердость металла. На рис.
3.14 показана зависимость усилия деформации
от абсолютного удлинения
при растяжении. Из этого графика можно
определить указанные выше характеристики
прочности:
;
;
,
где Fi - площадь поперечного сечения образца, соответствующая рассматриваемым точкам графика.
Рис. 3.14. Зависимость усилия деформации от абсолютного удлинения при растяжении образцов:
1 – предварительно прокатанная в холодном состоянии пластина; 2 - предварительно не деформированная пластина из листового металла
Пластичность. В процессе холодной деформации появляются микроскопические трещины. Они постепенно увеличиваются и поэтому металл становится более хрупким. Снижение пластичности больше при растягивающих напряжениях.
Изменение формы и размеров зерен. Зерна вытягиваются в направлении деформации растяжения и уменьшаются в направлении деформации сжатия. Так, зерна, имевшие до деформации сфероидальную форму, при осадке расплющиваются в диски, при волочении вытягиваются, при прокатке расплющиваются и вытягиваются. Металл получает так называемое волокнистое строение. Это приводит к тому, что механические свойства (прочностные и пластические) наклепанного металла будут неодинаковыми в разных направлениях. Металл становится анизотропным.
Если вырезать образец параллельно и перпендикулярно волокнам (длинной оси зерна), то свойства будут разные. При испытании на растяжение прочность и пластичность будут выше у образца А по сравнению с образцом Б (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Волокнистое строение металла полосы, полученной прокаткой
При повышенных степенях деформации зерна дробятся, измельчаются, проявляется текстура. Зерна (кристаллиты) до деформации расположены хаотически. Это позволяет рассматривать металл изотропным. У такого металла свойства в разных направлениях одинаковы. При значительной холодной деформации (около 50%) кристаллиты в деформированной заготовке приобретают определенные преимущественные ориентировки плоскостей и направлений скольжения, то есть образуется текстура деформации. С увеличением деформации растет степень совершенства текстуры.
Текстура играет большую роль при холодной прокатке листов и лент (особенно при производстве электротехнической стали – трансформаторной и динамной); при волочении проволоки. Плоскости скольжения ориентируются определенным образом относительно направления прокатки или волочения.
Текстурообразование приводит к анизотропии свойств. Анизотропия, обусловленная текстурой называется кристаллической. Анизотропия, обусловленная внешней формой зерна (волокнистостью), называется механической.
В ряде случаев анизотропия свойств нежелательна. Её можно уменьшить периодически изменяя направление прокатки на 90˚ (при производстве листов).
При производстве электротехнических сталей (с особыми магнитными свойствами) образование заданной структуры стремятся развить искусственно.
Изменение электропроводности, коррозионной стойкости, модуля упругости, магнитных свойств. Изменение указанных свойств происходит в результате действия следующих факторов: 1) появление внутренних и межкристаллических нарушений и искажений; 2) разрушение межзеренных прослоек, ведущее к непосредственному соприкосновению зерен; 3) образование текстуры; 4) наличие остаточных напряжений в зернах, деформированных с различной степенью.
Электропроводность у большинства металлов в результате наклепа снижается примерно на 2%. Однако, у вольфрама она снижается на 50%. Коррозионная стойкость при наклепе снижается.
Тепловой эффект деформации. При пластической деформации до 80…90% затраченной работы переходит в тепло и 20…10% остается в деформированной заготовке в виде энергии остаточных напряжений.