Раздел IV

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Глава I

Понятие о процессах обработки металлов давлением

§ 1. Обработка давлением как технологический процесс

Обработкой давлением называется технологический процесс получения фасонных деталей и заготовок методом пластического деформирования в холодном и горячем состоянии.

Обработке давлением подвергается 90%выплавляемой стали, 55%цветных металлов и их сплавов, различные виды пластмасс и др. неметаллических материалов.

Обработка давлением является высокоэффективным и прогрессивным технологическим процессом. Кованные и штампованные детали составляют 60―85% от веса автомобилей, самолетов, тракторов и др. машин.

При обработке давлением получают не только определенную форму и размеры, но и достигают требуемых величин показателей механических и физико-механических свойств металла деталей машин.

§ 2. Пластическая деформация при обработке

металлов давлением

Пластическая деформация – сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его физико-химические свойства.

Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке.

В промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации и поэтому металл получается поликристаллическим.

При холодной пластической деформации под действием внешних сил в кристалле возникают напряжения. Пока эти напряжения не превысили определенной для данного металла величины, называемой пределом упругости, происходит упругая деформация. Приупругой деформацииатомы отклоняются от мест устойчивого равновесия на расстояния, не превышающие межатомные. После снятия нагрузки под действием межатомных сил атомы возвращаются в прежние места устойчивого равновесия, при этомизменений в строенииисвойствах металла не происходит.

С увеличением внешней нагрузки увеличиваются и отклонения атомов. При определенных для данного металла напряжениях (пределе текучести) атомы смещаются в новые места устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки форма кристалла не восстанавливается, он получает пластическую деформацию.

Пластическая деформациясопровождается искажением кристаллической структуры, образованием осколков и остаточных деформаций.

Эти явления, затрудняя процесс дальнейшей деформации, вызывают изменения механических и физико-химических свойств исходного металла: прочность, твердость, электросопротивление и химическая активность увеличивается, а пластичность, ударная вязкость и магнитная проницаемость уменьшается.

Совокупность изменениймеханических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называетсянаклепом(упрочнением).

В большинстве сплавов всегда присутствуют неметаллические примеси (окислы, карбиды), которые располагаются между зернами в виде пленок или отдельных шариков. При обработке давлением эти включения раздробляются и вытягиваются, придавая металлу волокнистое строение, которое при макроанализе обнаруживается глазом.

Величина пластической деформации металлов ограничена их пластическими свойствами.

Большинство металлов обрабатываются давлением в нагретом состоянии. Объясняется это тем, что с повышением температуры пластичность увеличивается, сопротивление деформации уменьшается.

Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и в некоторой степени устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, волокнистая структура металла полностью сохраняется. В результате рассмотренных явлений, называемыхвозвратом,прочностныесвойства металлауменьшаются, апластичные–увеличиваются.

Возврату чистых металлов происходит при температурах

где ― абсолютная температура плавления металла

Сплавыже имеюттемпературу возвратаболее высокую, чем чистые металлы.

Чем выше температура нагрева, тем подвижнее атомы и тем активнее протекает возврат. При температуре вышетемпературывозвратав деформированном металле происходитрекристаллизация, т. е.процесс зарождения ироста новыхравноосных зерен с неискаженной кристаллической структурой взамен деформированных. В результате рекристаллизации остаточные напряжения снимаются, восстанавливаются его исходные свойства и, таким образом, полностью снимается упрочнение, полученное металлом в процессе его деформирования.

Для чистых металлов температура рекристаллизации:

Рекристаллизация не устраняет волокнистое строение, т. к. она не происходит в неметаллических примесях.

Таким образом, обработка металлов давлением при повышенных температурах сопровождается одновременным действием как упрочняющих, так и разупрочняющих процессов. В зависимости от того, какие из этих процессов преобладают, обработка давлением подразделяется нахолодную,неполную горячуюигорячуюдеформацию.

Холодная деформацияхарактеризуется интенсивным упрочнением иотсутствием возврата и рекристаллизации. Прочность резко увеличивается, а пластичность уменьшается.

При неполной горячей деформации– рекристаллизация отсутствует, авозврат происходит.

При горячей обработке давлением– упрочнение, полученное металлом в процессе пластической деформации, полностью снимается рекристаллизацией, а металл получает равновесную микроструктуру, причем волокнистое строение сохраняется.