Сопротивление деформации

Лекция

План:

1. Понятие о сопротивлении деформации

2. Факторы, влияющие на сопротивление деформации

В инженерных расчетах энергосиловых параметров важное значение имеет определение величины сопротивления деформации  наиболее упрощенно  это свойство металла, которое характеризует его податливость деформирующим усилиям в данных условиях обработки. Если металл практически обрабатывался при условиях, близких к лабораторным (как определяются вышеприведенные механические свойства металла), то за величину сопротивления деформации можно было бы принять величину предела текучести _т, т.е. то напряжение, при котором могла бы начаться пластическая деформация. А величина предела текучести определяется методом статического растяжения при комнатной температуре, при скорости деформации порядка 0,0020,006 с^-1, без подпора, натяжения и др.

Сопротивление деформации представляет сложную величину, зависящую от природы деформируемого металла, температуры, степени деформации, скорости деформации и напряженного состояния.

В связи с большим числом и разнообразием дей­ствующих факторов формулы для определения сопро­тивления деформации также многочисленны и разно­образны. В наиболее общем виде формулу можно за­писать так:

где k — характеризует свойства деформируемого металла

(иногда обозначается k_f, 2k или _f);

— коэффициент, учитывающий влияние напря­женного

состояния.

В свою очередь величины k и могут быть пред­ставлены в виде произведений:

где n_t,n_,n_¹,n_¹¹,n_¹¹¹  коэффициенты, соответственно учитывающие влияние температуры, скорости деформации, наклепа, контактного трения, внешних зон и натяжения;

_т — предел текучести обрабатываемого металла.

Влияние природных свойств металла

Различные металлы обладают разным сопротивле­нием деформации, что связано с их химическим соста­вом, строением атомов и кристаллической структурой. Чистые тугоплавкие металлы, как правило, имеют бо­лее высокое сопротивление деформации, чем легко­плавкие, но это не является общей закономерностью. Так, например, сплавы, имеющие более низкую тем­пературу плавления, чем металлы, их составляющие, обладают более высоким сопротивлением деформа­ции. Податливость различных металлов деформирую­щим силам оценивают пределом текучести _т (иногда обозначается _s), который представляет сопротивле­ние деформации данного металла в отожженном со­стоянии, в условиях линейного напряженного состоя­ния и при стандартных температурно-скоростных ус­ловиях деформации.

Иногда подобную величину получают при разных температурах, скоростях деформации и различных степенях наклепа и строят графическую зависимость этой величины от температуры, скорости деформации и наклепа (степени деформации), но в этом случае получают уже не _т, а k, которая тем и отличается от _т, что учитывает влияние температуры, скорости де­формации и наклепа.

Влияние температуры, наклепа и скорости деформации

У всех металлов сопротивление деформации при нагреве уменьшается, приобретая минимальные зна­чения вблизи температуры плавления, однако измене­ния сопротивления деформации при повышении темпе­ратуры не всегда имеют плавный характер. У стали, например, при температурах 700900°С имеются от­клонения от общей закономерности в сторону повы­шения значений, что объясняется переходом металла в новую кристаллическую модификацию.

При низких температурах, когда рекристаллизация не происходит, существенное влияние на сопротивление деформации оказывает наклеп (упрочнение). Только за счет влияния этого фактора сопротивление деформации может увеличиться в 34 раза. Наиболее резкое влияние наклеп оказывает на первых стадиях обработки, до полу­чения суммарной деформации в 4050%.

При горячей обработке металлов влияние наклепа тесно связано с влиянием скорости деформации. Под скоростью деформации понимают приращение степени деформации за единицу времени. Если при растяжении или сжатии с постоянной скоростью за время t с. полу­чена деформация ,то скорость деформации будет .

Если скорость протекания процесса непостоянна, то при­ходится определять скорость деформации для каждого данного промежутка времени:

При холодной обработке влияние скорости на сопро­тивление деформации незначительно. В чистом виде уве­личение скорости должно повышать сопротивление де­формации из-за разности в скоростях распространения упругой и пластической деформации.

Упругая деформация распространяется со скоростью распространения звука в металле и всегда успевает за перемещением деформирующего инструмента. Скорость распространения пластической деформации зависит от величины действующих напряжений.

В большинстве практических расчетов принимают, что при холодной обработке металлов давлением сопро­тивление деформации не зависит от скорости дефор­мации.

При горячей обработке давлением в металлах одно­временно протекают два противоположных процесса, влияющих на сопротивление деформации: наклеп, увели­чивающий сопротивление деформации, и рекристаллиза­ция, уменьшающая его. Мерой наклепа является степень деформации, следовательно, скорость наклепа и скорость деформации — это совпадающие величины.

Рекристаллизация подчиняется иным закономерно­стям. Скорость ее протекания зависит в основном от температуры нагрева. В большинстве случаев за время деформации рекристаллизация не успевает завершиться. Чем выше скорость деформации, тем меньше полнота протекания рекристаллизации, а следовательно, выше сопротивление деформации.

Таким образом, при горячей обработке повышение скорости деформации приводит к увеличению сопротивления деформации, причем увеличение это существенно и его необходимо учитывать в технических расчетах.