Холодная и горячая деформация

Холодной деформацией называют обработку давлением при температурах ниже температуры начала рекристаллизации. При холодной деформации рекристаллизация не происходит. Металл упрочняется, приобретает волокнистое строение. Зерна вытягиваются в направлении действующей силы.

Горячей деформацией называют обработку давлением при температурах выше температуры начала рекристаллизации. В этом случае одновременно с деформацией происходит рекристаллизация металла: деформированные зерна практически мгновенно заменяются новыми равноосными. Высокая пластичность и низкая твердость и прочность сохраняются в течение всего процесса деформации. Наклепа не происходит.

Например, деформирование свинца при комнатной температуре является горячей деформацией: Т_рекр = 0,4 (327 + 273) = 240 К, тогда t_рекр. = (240 – 273) =

= 33 С. Для железа деформирование при t = 300…400 C является холодной обработкой давлением, так как температура начала рекристаллизации железа равна 450 С.

Чем больше превышение температуры обработки над температурой рекристаллизации, тем легче происходит горячая пластическая деформация металла или сплава. Наилучшей обрабатываемостью давлением обладают сплавы с однородной структурой. Например, доэвтектоидные стали подвергают горячей обработке давлением только в аустенитном состоянии (-Fe). При более низких температурах гетерогенная структура не обеспечивает однородность деформации (аустенит и феррит различаются по свойствам), что может привести к большим остаточным напряжениям и растрескиванию.

Механические свойства металлов

Прочность, пластичность и вязкость являются главными механическими свойствами металлов и сплавов. В зависимости от условий нагружения деталей необходимо знать те механические свойства, которые определяют поведение материала именно в этих условиях. Поэтому различают механические свойства:

а) при испытании постоянными (статическими) напряжениями, например, прочность при растяжении, изгибе, кручении;

б) при испытании переменными напряжениями, например, усталостная прочность при изгибе или кручении;

в) при испытании динамическими напряжениями, например, ударная вязкость, определяемая как работа разрушения при ударном изгибе.

Кроме того, механические свойства зависят от температуры (при глубоком охлаждении металлы охрупчиваются, при увеличении температуры – разупрочняются). Поэтому в зависимости от условий работы определяют различные механические свойства, иногда комплекс свойств.

Испытания на растяжение для определения характеристик прочности (_В, _0,2 и др.) и пластичности (, ) проводят на специальных разрывных машинах путем растяжения стандартных образцов (цилиндрических или плоских). В процессе испытаний производится автоматическая запись диаграммы в координатах «удлинение – нагрузка». Прямолинейный участок диаграммы соответствует упругой деформации образца, криволинейный – началу и развитию пластической деформации. Пластическая деформация сопровождается утонением образца и образованием шейки, что приводит в дальнейшем к разрушению.

Определение твердости. Твердостью называется способность материала сопротивляться пластической деформации при внедрении в него постороннего тела, которое само при этом пластически не деформируется. Определение твердости имеет большое практическое значение, так как позволяет оценить качество материала после различных видов обработки. Испытания на твердость (в отличие от других механических испытаний) являются неразрушающими видами контроля, поэтому могут применяться для готовых деталей.

Наиболее широко применяемые способы измерения твердости: по Бринеллю (HB), Роквеллу (HRA, HRB, HRC), Виккерсу (HV). Метод микротвердости позволяет определять твердость микрообъемов (отдельных структурных составляющих, тонких поверхностных слоев и др.). Большое практическое значение имеет зависимость между твердостью и прочностью, которая позволяет косвенно судить о прочности металла по его твердости: _В = (0,3…0,4) НВ.

Испытания на ударную вязкость (KCU, KCV, KCT) проводят для оценки склонности материалов к хрупкому разрушению. Стандартный образец устанавливают на двух опорах и разрушают ударом специального бойка или молота. Достаточно надежными являются материалы с ударной вязкостью KCU более 0,3 МДж/м² (или KCT более 0,12 МДж/м²).

Крупнозернистые стали имеют значительно меньшую ударную вязкость, то есть более склонны к хрупкому разрушению и менее надежны, чем мелкозернистые. С понижением температуры во многих сплавах проявляется хладноломкость, характеризующаяся резким уменьшением ударной вязкости.

Испытания на выносливость проводят для определения усталостной прочности (для деталей, испытывающих многократные нагрузки). Усталостный характер нагружения приводит к тому, что детали разрушаются при напряжениях, значительно меньше временного сопротивления и даже предела текучести. Явление усталости объясняется следующим образом. При многократно повторяющихся нагрузках сначала в одном или нескольких зернах происходит пластическая деформация, вызывающая наклеп. Постепенно запас пластичности этих зерен исчерпывается и они разрушаются. Микротрещины проникают в соседние зерна, сливаются в одну магистральную трещину, которая медленно продвигается, ослабляя сечение детали. Способность металла сопротивляться усталостному разрушению принято называть выносливостью или усталостной прочностью (_-1 и др.). Предел выносливости определяют на специальных образцах, нагружаемых чаще всего по схеме «переменный изгиб с вращением». Образец нагружается как консольная балка и одновременно вращается. За каждый поворот образца напряжения в каждой его точке изменяются от максимально сжимающих до максимально растягивающих.