- •Специальные технологии художественной обработки материалов. Часть 2 (Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением)
- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1. Из истории обработки металлов давлением
- •1.1. Ковка металлов в древности
- •1.2. Кованые изделия средневековья
- •1.3. Изделия конца хviii - начала хх веков
- •Лекция 2. Элементы теории напряжений и деформаций
- •2.1. Связь между деформацией и напряжением
- •2.2. Плоское напряжённое состояние и плоская деформация
- •2.3. Главные напряжения и их основные схемы
- •2.4. Взаимосвязь обобщенного напряжения и обобщенной деформации. Испытание металлов на растяжение
- •Заключение
- •3.2. Типы дефектов кристаллического строения и их основные свойства
- •3.3. Структурообразования при пластической деформации металлов
- •3.4. Причины деформационного упрочнения
- •Упрочнение от взаимодействия дислокаций
- •Взаимодействие дислокаций с примесями
- •Упрочняющее действие межзеренных и межфазных границ
- •3.5. Разрушение металлов при пластической деформации
- •3.6. Пластичность металлов. Влияние напряжённого состояния
- •Заключение
- •4.2. Взаимосвязь предела текучести и пластичности металла
- •4.3. Термическое разупрочнение деформированного металла
- •4.4. Движущие силы и кинетика термического разупрочнения
- •4.5. Сопротивление деформации металлов. Релаксация напряжений
- •4.6. Охлаждение деформированного металла. Фазовые превращения
- •Заключение
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 5. Основные виды пластической деформации
- •5.1. Сжатие
- •5.2. Вытяжка
- •5.3. Прошивка
- •5.4. Закручивание
- •5.5. Листовая штамповка
- •5.6. Прокатка
- •5.7. Волочение
- •5.8. Гибка
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 6. Средства нагрева металлов
- •6.1. Источники нагрева
- •6.2. Пламенные нагревательные устройства
- •6.3.Электрические нагревательные устройства
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 7. Технологические процессы художественной деформации, ч. 1
- •7.1. Художественная ковка Основные положения
- •Кузнечные инструменты
- •Основные операции ручной ковки
- •7.2. Выколотка (дефовка)
- •7.3. Чеканка
- •Инструменты и приспособления
- •Технология чеканки
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 8. Технологические процессы художественной деформации, ч. 2
- •8.1. Тиснение (басма)
- •8.2. Металлопластика
- •8.3. Насечка (тауширование)
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 9. Технологические процессы художественной деформации, ч. 3
- •9.1. Филигрань (скань)
- •9.2. Гравирование Общие положения
- •Инструменты и приспособления
- •Плоскостное гравирование
- •Обронное гравирование
- •9.3. Изготовление сусального золота
- •9.4. Листовая штамповка
- •9.5. Ручное резание
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список литературы
- •Специальные технологии художественной обработки материалов. Часть 2 (Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением)
3.6. Пластичность металлов. Влияние напряжённого состояния
Пластичность – это, как мы уже упоминали, свойство металлов пластически (необратимо) деформироваться без внешних признаков разрушения. Экспериментальными исследованиями установлено, что на пластичность влияет множество факторов: температура, структура, предварительная деформация, скорость деформации. Зависимость пластичности от структуры предопределяет зависимость от истории обработки – способа и условий выплавки, видов деформации, термических обработок и т. д. Самым интересным фактом в «биографии» пластичности остается ее зависимость от схемы напряженного состояния.
Например, при комнатной температуре относительное удлинение меди (марки M1) составляет 35–40 %. Если же образцы из того же металла начать прокатывать, то относительное удлинение будет 1000–20000 % и более, т. е. металл деформируется не разрушаясь! Подобных примеров можно привести множество. Эксперименты показывают, что наибольшей пластичностью металл обладает в условиях всестороннего неравномерного сжатия (в случае равномерного всестороннего сжатия металл пластически не деформируется, поскольку σ1 = σ2 = σ3 и σi = 0), когда внешнее среднее напряжение ая максимально и является сжимающим.
Давно известно, что пластичность одного и того же металла при одних и тех же температурно-скоростных условиях, но при разных схемах деформации различна, причем наибольшей пластичностью металл обладает, когда тензор напряжений имеет большую сжимающую гидростатическую составляющую.
Заключение
В этой лекции мы рассмотрели физические аспекты пластической деформации, выяснили роль дефектов кристаллической решетки в механизмах пластической деформации и упрочнения, изучили «сценарий» формирования структуры и переход к разрушению металлов при холодной деформации. Мы дали довольно простую интерпретацию разрушения, предложили оригинальный критерий, который помогает понять влияние схемы нагружения на пластичность металлов.
Вопросы для самоконтроля:
1.Какие четыре основные типа кристаллических решёток Вы знаете?
2. Зависимость энергии связи и силы взаимодействия между двумя атомами?
3. Точечные дефекты?
4. Линейные дефекты?
5. Свойства границ?
6. Причина деформационного упрочнения от размножения дислокации?
7. Взаимодействие дислокаций с примесями?
8. Концепция разрушения?
ЛЕКЦИЯ 4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХАРАКТЕР ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
И ФОРМИРОВАНИЕ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА
4.1. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
НА ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МЕТАЛЛА
Информация, накопленная человечеством за многие столетия изучения пластической деформации, огромна. Она позволила даже сформулировать одну из наиболее известных народных мудростей: «Куй железо, пока горячо!»
В чем преимущество горячей деформации по сравнению с холодной? Во-первых, в понижении напряжений, при которых начинается пластическая деформация, – предела текучести металла; во-вторых, в понижении интенсивности деформационного упрочнения; в-третьих, в увеличении пластичности металла. Эти три фактора взаимосвязаны, но для удобства анализа рассмотрим их отдельно.
Вопрос о температурной зависимости предела текучести металла можно было бы отнести к разряду хрестоматийных. Однако материаловедение, развиваясь последние десятилетия бурными темпами, как бы перешагнуло через него, оставив вне сферы своих интересов, и приняло зависимость σs(Т) как свойство металла. Таким образом, зависимость σs(Т) долгое время оставалась экспериментально определяемой функцией. В чем же причина снижения значений σs, при повышении температуры?
По самым общим соображениям, повышение температуры металла приводит к возрастанию кинетической энергии атомов и ослаблению общей энергии межатомного взаимодействия, что облегчает перемещение дислокаций по кристаллу. Мерой межатомного взаимодействия и энергии связи в кристалле является модуль упругости металла Е. Естественно предположить, что и температурные зависимости σs(Т) и Е(Т) взаимосвязаны.
На рис. 4.1 показано изменение предела текучести в зависимости от температуры испытания для двух марок сталей.
Рис. 4.1. Температурное изменение напряжений начала пластической деформации (σпц) для сталей 50ХГФА (1) и 12Х18Н10Т (2)
Таким образом, если считать, что структура металла – это распределение по объему металла упругих внутренних напряжений, создаваемых дефектами кристаллического строения, то изменение значения σs, при повышении температуры обусловлено именно изменением структуры. Интересно, что при нагревании металла внешний вид структуры может оставаться в том же виде, что и при комнатной температуре (например, для хорошо отожженного металла), но упругая энергия искажений кристаллической решетки, вносимая дефектами, заметно ослабевает за счет изменения свойств среды из-за снижения модуля упругости. Например, снижаются внутренние напряжения приводящие к упрочнению металла.