- •3. Физические основы пластической деформации
- •3.1. Строение металлов
- •3.2. Начальные сведения о пластической деформации и пластичности
- •3.3. Экспериментальное определение сопротивления сдвигу по плоскости скольжения
- •3.4. Основные положения теории дислокаций
- •3.5. Упрочнение при холодной деформации металла
- •3.6. Изменение свойств металла при холодной обработке давлением
- •3.7. Изменение свойств наклепанного металла при отжиге
- •3.8. Горячая обработка металлов давлением (общие сведения)
- •3.9. Физические уравнения связи и сопротивление металлов деформации
- •3.10. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на растяжение)
- •3.11. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на осадку)
- •3.12. Сопротивление деформации при высоких температурах
- •3.13. Модель разрушения металла при холодной омд
- •3.14. Построение диаграммы пластичности
- •1. Кручение образцов при атмосферном давлении и под давлением жидкости (рис. 3.31).
- •2. Растяжение образцов с предварительно выточенной шейкой при атмосферном давлении и под давлением жидкости (рис. 3.32).
3.10. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на растяжение)
Стандартизировано испытание цилиндрических образцов на растяжение. Образцы применяют десятикратные (l0/d0 = 10) и пятикратные (l0/d0 = 5). Одноосное напряжение состояние сохраняется в образце до образования шейки. Применяются испытательные машины с силоизмерительными устройствами.
Первичную диаграмму растяжения получают в координатах Р- (сила – абсолютное удлинение). Ее перестраивают в диаграмму истинных напряжений (кривую упрочнения): (рис. 3.20). Главное напряжение , где Р – сила растяжения; F – текущая площадь поперечного сечения. Значения Р берут на участке АБ. До точки А деформация упругая; после точки Б схема напряженного состояния не линейная, а объемная.
Для одноосного напряженного состояния ; . Главные скорости деформации ; ; . Средняя для образца
Рис. 3.20. Диаграмма растяжения (а) и кривая упрочнения (б)
скорость деформации . Здесь - скорость движения одного из захватов испытательной машины относительно другого, l – текущая длина образца, - относительная линейная деформация, - время деформирования (рассчитано путем деления абсолютного удлинения образца (перемещения захвата) на скорость.
Степень деформации:
; .
Текущая площадь поперечного сечения образца F определяется из постоянства объема:
; ; .
Диаграмму истинных напряжений легко перестроить в диаграмму .
Опыты показывают, что для большинства металлов зависимость не чувствительна к скоростям испытания (так как в процессе деформации не происходит разупрочнение за счет рекристаллизации).
Эта зависимость называется кривой упрочнения (рис. 3.21). Кривые можно описать уравнением регрессии , где С и n – разные числовые
Рис. 3.21. Кривая упрочнения: 1 – сталь марки 08КП, 2 - сталь 40, 3 - 30ХГСА
коэффициенты для разных металлов. Они вычисляются по опытным данным методом наименьших квадратов
3.11. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на осадку)
Недостаток испытаний на растяжение – при сравнительно небольших деформациях образуется шейка и напряженное состояние значительно отклоняется от одноосного.
Используют также метод осадки цилиндрических образцов плоскими полированными и смазанными бойками. Для данного метода имеется ГОСТ. Применяются испытательные машины с силоизмерительным устройством, такие же, как и для растяжения образцов.
Применяют образцы с . Осадка более низких образцов сопровождается существенным искажением опытных данных о величине из-за влияния трения на контактной поверхности на процесс деформирования. Трение может привести к бочкообразованию образца и схема напряженного состояния будет уже не линейная. Причём, чем ниже образец, т.е. больше отношение , тем больше давление р превышает значение и опытным путем определяется уже не , а р.
Физическую сущность влияния отношения на давление р проще объяснить на примере осадки заготовок одинакового диаметра. При осадке вблизи контактных поверхностей заготовки образуются зоны затруднённой деформации (ЗЗД) (рис. 3.22). Наличие ЗЗД обусловлено действием сил трения на
h1 > h2; d1 = d2 hЗ1 = hЗ2 ; > р2 > p1
Рис. 3.22. Зоны затруднённой деформации (ЗЗД) при осадке заготовок:
а) высокая заготовка; б) низкая заготовка
контактных поверхностях. Установлено, что высота ЗЗД hЗ зависит только от диаметра заготовки и не зависит от её высоты. Поэтому в рассматриваемом на рис. 3.22 примере hЗ1 = hЗ2 и, следовательно, у низкой заготовки выше доля объёма, занимаемого ЗЗД, в общем объёме заготовки. Таким образом, продеформировать низкую заготовку труднее, чем высокую, т.е. р2 > p1.
Высокие образцы теряют устойчивость, изгибаются. Для снижения трения на торцах образца нарезают концентрические круговые канавки. Это препятствует выдавливанию смазки с контактной поверхности. Применение жидких смазок и канавок совмещают с использованием тонких пленок полиэтилена или свинцовой фольги, играющих роль твердой пластической смазки [4].
Предположим, что удалось существенно снизить трение. Тогда осадка цилиндра с будет проходить в условиях, близких к линейной деформации. Диаграмма (сила – абсолютное обжатие образца (перемещение подвижного бойка)), зафиксированная в опыте на испытательной машине может быть перестроена в переменные :
Рис. 3.23. Изменение силы деформирования при осадке
,
где F – текущая площадь поперечного сечения.
;
; ;
h – текущая (изменяющаяся при осадке) высота образца; ; v – скорость подвижного бойка; логарифмическая деформация
; .
Данные испытаний на сжатие также представляют в виде кривых упрочнения или уравнения регрессии .
Накоплен обширный материал о механических свойствах металла после холодной деформации. Например, испытывали образцы, изготовленные из холоднокатаного металла. Определяли (рис. 3.24). Здесь HB - твердость по Бринеллю, N – количество перегибов до разрушения образца, - относительное удлинение при растяжении образца (до разрушения).
Прочностные характеристики и определяют растяжением или сжатием образцов из отожженного металла. Принято считать, что .
При определении пластических характеристик N , и твердости HB
Рис. 3.24. Механические свойства металла
применяют образцы в виде пластин, предварительно прокатанные в холодном состоянии с разными степенями деформации.
Образцы для растяжения по ГОСТ – десятикратные и пятикратные. Установлено, что скорость деформации, качество смазки, количество проходов до получения заданной степени деформации на механические свойства влияют незначительно.