Сопротивление деформации и пластичность Понятие сопротивления деформации и пластичности
Сопротивление деформации характеризует податливость обрабатываемого металла деформирующим усилиям в данных условиях обработки, т.е. это величина удельного усилия, необходимого для деформации тела. В общем виде сопротивление деформации является характеристикой всего процесса обработки: и характеристикой свойств обрабатываемого металла, и параметров деформации (температуры, усилия, скорости деформации), воздействия внешних зон, сил трения и т.д.
Если из всего этого комплекса извлечь удельное усилие, необходимое для перемещения атомов деформируемого тела, то получим сопротивление металла деформации. Эта величина является характеристикой деформируемого металла и не зависит от процесса деформации. Сопротивление деформации является одним из важнейших параметров ОМД. Оно берется за основу при определении усилий деформации, необходимой прочности деталей машин и мощности их привода.
Пластичность – способность металла воспринимать пластическую деформацию без разрушения, т.е. это пределы, в которых материал можно деформировать.
Чаще всего высокая пластичность соответствует низкому сопротивлению деформации. Но это не является общей закономерностью. Например, у чугуна более низкое сопротивление деформации, чем у некоторых легированных сталей, но его пластичность очень низкая (хрупкий материал). Таким образом, пластичность и сопротивление деформации это разные, не зависящие одна от другой характеристики твердых тел.
Сверхпластичность
Все предыдущие закономерности относятся к обычным, промышленным условиям. Но при ряде условий наблюдается явление сверхпластичности, т.е. необычайно высокой для данного материала пластичности, характерная для определенной структуры материала, его температуры и скорости деформации, сопровождающаяся пониженным сопротивлением деформации. В состоянии сверхпластичности удлинение может достигать 2000%, а сопротивление деформации может снижаться в 10 раз. Для достижения состояния сверхпластичности необходимо выполнение нескольких условий:
- зерно должно быть очень мелким;
- температура должна быть строго определенная, достаточно высокая и мало колебаться (для железа ~1000оС);
- скорость деформации должна быть очень низкая (10-2-10-4 с-1).
Сверхпластичное состояние является промежуточным между металлическим и аморфным, приближаясь к последнему. Получение и использование сверхпластичности трудно, так как малая скорость деформации определяет малую производительность, а большие нагрузки и высокая температура определяют большой износ инструмента и необходимость специальной термомеханической обработки. Это направление ОМД очень перспективно.
Методы оценки пластичности
Для сравнения пластичности образцы металлов подвергают деформации в одинаковых условиях. Доведя деформацию до разрушения (или до первых ее признаков), измеряют полученную остаточную деформацию, которая и является характеристикой пластичности. Но если в материаловедении эти испытания производят при комнатной температуре и малой скорости деформации, то в ОМД при температурах и скоростях, отвечающих условиям реальных технологических процессов.
Для оценки пластичности используют следующие испытания:
испытание растяжением на разрыв; показателем пластичности в этом случае служит относительное удлинение образца или относительное уменьшение площади поперечного сечения;
испытание осадкой (ковкой); показатель пластичности – относительная деформация по высоте до образования первой трещины на боковой поверхности;
испытание проволоки на скручивание; показатель пластичности – число скручиваний образца до разрушения;
испытание на выдавливание (для тонких листов); показатель пластичности – глубина вдавливания пуансона, при которой на поверхности лунки образуются первые трещины;
испытание на перегиб; показатель пластичности – число перегибов до разрушения;
испытание прокаткой на клин; показатель – относительное обжатие в месте образования первой трещины.
Иногда пластичность оценивают по отношению предела прочности к пределу текучести, т.е. по диапазону, в котором может происходить пластическая деформация.