3. Уравнение пластичности

Пластической деформации предшествует упругая. Внешняя сила, изменяя межатомные расстояния, совершает работу, а в деформируемом металле накапливается потенциальная энергия. Потенциальная энергия упругой деформации равна энергии, за траченной внешней силой на изменение объема (Ао) и формы (Аф). Согласно теории предельного состояния пластическая деформация наступает только тогда, когда в упруго деформируемом металле будет накоплен определенный уровень потенциальной энергии.

Уровень потенциальной энергии, достаточный для перехода от упругой деформации к пластической, достигается при следующем соотношении главных нормальных напряжений:

(1 - 2)2 + (2 - 3)2 + (3 - 1)2 = 2т2,

где т - предел текучести; 1, 2, 3 - главные напряжения.

Это соотношение главных нормальных напряжений называется уравнением пластичности.

4. Пластическая деформация металлов и сплавов в горячем и холодном состоянии

Пластичность металлов и сплавов и усилие деформации определяются не только механическими свойствами, а определяются также условиями деформации. Пластичность и величина де формирующего усилия зависят от химического состава, фазового состояния, структуры металлов и сплавов, а также от условий де формации - температуры, скорости деформации, степени деформации и механической схемы.

Технические процессы обработки металлов давлением осуществляются как в горячем, так и в холодном состоянии. Основными механизмами пластической деформации в горячем и холодном состоянии являются: внутризеренное скольжение, двойникование, взаимное перемещение и поворот зерен. При пластической деформации происходит измельчение зерен металла, ориентация зерен вдоль преимущественного направления деформации, искажаются и заклиниваются плоскости скольжения, возникают напряжения между отдельными зернами, частями металла и другие явления.

Перечисленные основные изменения приводят к тому, что пластические характеристики металла уменьшаются, а прочностные (предел прочности, напряжение текучести) возрастают. При холодной деформации изменения свойств металлов накапливаются по мере увеличения степени деформации. Последнее приводит к тому, что при достижении определенной величины общей деформации металлы и сплавы теряют способность деформироваться пластически.

На «Изменение механических свойств стали У1 о при холодной прокатке» представлена зависимость напряжения текучести т, предел прочности в и относительного удлинения (δ, %) от степени деформации ε для углеродистой стали У10. При достижении общего относительного обжатия в 50 % напряжение текучести и предел прочности увеличились в два раза, а относительное удлинение уменьшилось с 30 до 2,5 %.

Значительное увеличение прочностных характеристик j вызывает необходимость применения большой величины деформирующего усилия, а почти полная потеря пластичности приводит к невозможности продолжения деформации. Дальнейшая деформация возможна только после отжига металла при определенной температуре. При отжиге происходит рекристаллизация. При полной рекристаллизации металл приобретает свойства, присущие ему до холодной деформации.

Изменение механических свойств стали У1 о при холодной прокатке.

При горячей обработке металлов и сплавов давлением прочностные характеристики значительно ниже, чем при холодной обработке, требуется меньшей величины деформирующее усилие, меньше расход энергии.

Для большинства металлов и сплавов характерно повышение пластических свойств при нагреве. Это позволяет деформировать металл с повышенными обжатиями. При горячей обработке давлением одновременно протекают два процесса в деформируемом металле - наряду с упрочнением металла происходит его раз упрочнение под влиянием высоких температур, превышающих температуру рекристаллизации.