Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла

Изменение структуры и свойств метал­ла при обработке давлением определяется температурно-скоростными условиями де­формирования, в зависимости от которых различают холодную и горячую деформа­ции.

а) б)

Рис.4. «Схемы изменения микроструктуры металла при деформации: а - холодной; б – горячей»

Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытя­гиваются в направлении наиболее интен­сивного течения металлов (рис. 4, а). При холодной деформации формоизмене­ние сопровождается изменением механи­ческих и физико-химических свойств ме­талла. Это явление называют упрочне­нием (наклепом). Изменение механи­ческих свойств состоит в том, что при хо­лодной пластической деформации по мере се увеличения возрастают характеристики прочности, в то время как характеристики пластичности снижаются. Металл стано­вится более твердым, но менее пластич­ным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увели­чения искажений кристаллической решет­ки в процессе холодного деформирования (накопления дислокаций у границ зерен).

Изменения, внесенные холодной де­формацией в структуру и свойства метал­ла, не необратимы. Они могут быть устра­нены, например, с помощью термической обработки (отжигом).

Горячей деформацией называют де­формацию, характеризующуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекри­сталлизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением оказывается равно­осной, без следов упрочнения (рис. 4, б).

Чтобы обеспечить условия протекания горячей деформации, приходится с увели­чением ее скорости повышать температу­ру нагрева заготовки (для увеличения ско­рости рекристаллизации).

Если металл по окончании деформации имеет структуру, не полностью рекристаллизованную, со следами упрочнения, то такая деформация называется неполной горячей деформацией. Неполная горячая деформация приводит к получению неод­нородной структуры, снижению механи­ческих свойств и пластичности, поэтому обычно нежелательна.

При горячей деформации сопротивле­ние деформированию примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации, а отсутствие упрочнения приводит к тому, что сопротивление деформированию (пре­дел текучести) незначительно изменяется в процессе обработки давлением. Этим обстоятельством объясняется в основном то, что горячую обработку применяют для изготовления крупных деталей, так как при этом требуются меньшие деформирующие силы (менее мощное оборудование).

Влияние условий деформирования на процесс обработки металлов давлением

Процесс пластического деформирова­ния металла при обработке давлением мо­жет быть представлен графической зави­симостью действующих давлений от соот­ветствующих пластических деформаций (рис. 3.3). При холодной деформации рас­тет величина необходимых для этого на­пряжений и уравновешивающих их в каж­дый момент времени внешних сил, при­кладываемых к деформируемому телу (кривая 3 на рис. 3.3). Эта зависимость ограничена не только по оси абсцисс ве­личиной пластической деформации, кото­рой можно достичь без разрушения (пре­дельной деформации), но часто и по оси ординат величиной максимально допус­тимых давлений на инструмент. Характер зависимости давления - деформации и их предельные значения зависят от свойств металла и условий деформирования.

С повышением температуры увеличи­ваются значения максимального относи­тельного удлинения и максимально дос­тижимых деформаций, а сопротивление деформированию уменьшается (рис. 5).

Рис. 5. «Зависимость давления от степени пла­стической деформации в процессах обработки металлов давлением»:

/ - горячая деформация с низкой скоростью;

2. - горячая деформация с более высокой скоростью.

3. - холодная деформация

Рис. 6. «Изменение о, и б малоуглеродистой стали в зависимости от температуры»

Таким образом, при деформировании ста­ли, нагретой, например, до температуры 1200 °С, можно достичь большего формо­изменения при меньшей приложенной силе, чем при деформировании не нагретой стали. Все металлы и сплавы имеют тен­денцию к увеличению пластичности и уменьшению сопротивления деформиро­ванию при повышении температуры в случае выполнения ряда требований, предъявляемых к процессу нагрева. Так, каждый металл должен быть нагрет до вполне определенной максимальной тем­пературы. Если нагреть, например, сталь до температуры, близкой к температуре плавления, наступает пережог, выра­жающийся в появлении хрупкой пленки между зернами металла вследствие окис­ления их границ. При этом происходит полная потеря пластичности. Пережог исправить нельзя, пережженный металл может быть отправлен только на пере­плавку.

Ниже зоны температур пережога нахо­дится зона температур перегрева. Явле­ние перегрева заключается в резком росте размеров зерен. Вследствие того что крупнозернистой первичной кристалл иза- ции (аустенит), как правило, соответствует крупнозернистая вторичная кристаллиза­ция (ферриг + перлит или перлит + цемен­тит), механические свойства изделия, по­лученного обработкой давлением из пере­гретой заготовки, оказываются низкими.

Температура

Начала 1200, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе