Utjecaj različitih faktora na plastičnost i otpornost na deformacije. Utjecaj tlačne obrade na strukturu i svojstva metala

Na sl. 2.9 prikazani su grafikoni utjecaja hladne deformacije na duktilnost S, vlačnu čvrstoću a b i tvrdoću HB mekog čelika. Iz grafikona se može vidjeti da se već pri deformaciji od 20%, uočava smanjenje plastičnosti metala za faktor 3, povećanje tvrdoće i čvrstoće za oko 1,3 ... 1,4 puta. Stoga je u hladnom stanju nemoguće dobiti otkovke složenog oblika od ovog čelika, jer će se metal uništiti tijekom deformacije zbog niske duktilnosti.

Da bi se povećala savitljivost obrađeni metali se zagrijavaju. S povećanjem temperature povećava se plastičnost i smanjuje otpornost metala na deformaciju. Kao primjer, razmotrite utjecaj temperature na duktilnost 5 i vlačnu čvrstoću a u čeliku sa udjelom ugljika od 0,42% (slika 2.10). Sa povećanjem temperature deformacije od 0 do 300 °C, otpornost na deformaciju blago raste, a zatim opada sa 760 na 10 MN/m 2 na 1200 °C, odnosno smanjuje se skoro 76 puta. Duktilnost ovog čelika, naprotiv, s povećanjem temperature od 0 do 300 ° C, prvo se smanjuje, zatim naglo raste na temperaturu od 800 ° C, zatim lagano pada i opet s daljnjim povećanjem temperature. povećava. Fenomen smanjene plastičnosti na 300 °C naziva se plava lomljivost, a na 800 °C crvena lomljivost. Plava lomljivost se objašnjava taloženjem najsitnijih čestica karbida duž kliznih ravnina, koje povećavaju otpornost na deformaciju i smanjuju duktilnost. Crvena lomljivost javlja se zbog formiranja u metalu višefaznog sistema smanjene plastičnosti. Ovo stanje je karakteristično za nepotpunu vruću obradu. Na temperaturama plave lomljivosti i crvene krhkosti, posebno je nepoželjno deformirati čelik, jer se tijekom kovanja mogu stvoriti pukotine u radnom komadu i, kao rezultat, defekti proizvoda.

Različiti metali i legure obrađuju se pritiskom u dobro definiranom temperaturnom rasponu AT = T b ~ T l, gdje su T in i T n gornja i donja temperaturna granica za obradu metala pod pritiskom, respektivno.

Deformacija metala na temperaturi ispod T n zbog smanjenja duktilnosti može dovesti do njegovog uništenja. Zagrijavanje metala iznad temperature T in dovodi do oštećenja u strukturi metala, smanjenja njegovih mehaničkih svojstava i duktilnosti. Temperaturni rasponi tlačne obrade za različite metale su različiti, ali im je zajedničko da metali imaju najveću plastičnost na temperaturama koje prelaze temperaturu rekristalizacije.

Utjecaj stepena i brzine deformacije. Stepen i brzina deformacije imaju kompleksan uticaj na duktilnost i otpornost metala na deformaciju. Štoviše, ovaj utjecaj ovisi i o njihovim vrijednostima i o stanju u kojem je metal deformiran - vruć ili hladan.

Stepen i brzina deformacije istovremeno vrše i jačanje i omekšavanje metala. Dakle, s povećanjem stepena deformacije, s jedne strane, povećava se radno očvršćavanje metala, a samim tim i njegova otpornost na deformaciju. Ali, s druge strane, povećanje stupnja deformacije, intenzivirajući proces rekristalizacije, dovodi do omekšavanja metala i smanjenja njegove otpornosti na deformaciju. Što se tiče brzine deformacije, s njenim povećanjem, vrijeme procesa rekristalizacije se smanjuje i, posljedično, očvršćavanje se povećava. Međutim, s povećanjem brzine deformacije povećava se količina topline koja se oslobađa u metalu u trenutku deformacije, koja nema vremena da se rasprši u okruženje i uzrokuje dodatno zagrijavanje metala. Povećanje temperature je praćeno smanjenjem otpornosti metala na deformaciju.

U većini slučajeva, ručno kovanje metala se deformira u zagrijanom stanju, a povećanje stupnja i brzine deformacije dovodi do smanjenja duktilnosti i povećanja otpornosti na deformaciju.

Utjecaj sheme naponskog stanja. Obrazac naponskog stanja ima značajan utjecaj na duktilnost, otpornost na deformacije i ukupnu silu oblikovanja.

Što su vlačna naprezanja u deformabilnom metalu veća, to se više smanjuje njegova duktilnost i veća je vjerovatnoća da će se u njemu pojaviti pukotine. Stoga treba nastojati obraditi metal na način da u njemu nastaju tlačna naprezanja i da nema vlačnih.

Dakle, metal ima najmanju plastičnost u uslovima deformacije prema šemi linearnog zatezanja (vidi sliku 2.6, / i 2.7, a) i najvišu - prema šemi svestrane neravnomerne kompresije (vidi sliku 2.6, iii i 2.11, a). Eksperimentalno je utvrđeno da se legure koje su neplastične u uvjetima jednoosnog zatezanja dobro deformiraju u uvjetima ravnomjerne neujednačene kompresije. Liveno gvožđe, na primer, tokom zatezanja ili otvorenog narušavanja (vidi sliku 2.5) se praktično ne deformiše, dok se može podvrgnuti značajnim deformacijama ekstruzijom sa silom P i protivpritiskom P p p prema šemi prikazanoj na slici 2.11. , a.

Poznavanje šema stresnog stanja je odlično praktična vrijednost. Prilikom kovanja visokolegiranih čelika na ravnim kalupima (vidi sliku 2.5), mogu se pojaviti pukotine na bačvastoj površini radnog komada. Ovo se objašnjava činjenicom da u ovoj zoni naponsko stanje metala karakteriše prisustvo vlačnih napona o 3 . Ako je ovaj radni komad izvrnut u trnu (sl. 2.11, b) ili iskovan u izrezanim kalupima (slika 2.11, c), tada će shema stanja naprezanja metala odgovarati shemi sveobuhvatne kompresije i, prema tome, pukotina formiranje se može izbjeći.

U savremenoj proizvodnji kovanja i štancanja, zarezi dijelova od nekih legura otpornih na toplinu dobijaju se samo ekstrudiranjem, jer se drugim metodama (narušavanje, savijanje, otvoreno štancanje) uočava uništavanje legure.

1. Hemijski sastav
Čisti metali imaju najveću duktilnost, najnižu - hemijska jedinjenja(veća otpornost na kretanje dislokacije).
Aditivi za legure Cr, Ni, W, Co, Mo - povećavaju plastičnost; C, Si - smanjuju duktilnost.
2. Mikro-, makrostruktura
Sa smanjenjem veličine zrna povećava se plastičnost (superplastičnost). Heterogenost zrna smanjuje plastičnost.
3. Fazni sastav
Najveću plastičnost ima metal homogene strukture. različite faze, koji imaju nekoherentne rešetke, ometaju kretanje dislokacija i smanjuju plastičnost.
Osim toga, različito se deformiraju, što doprinosi stvaranju pukotina.

Smanjenje plastičnosti na temperaturama iznad 800°C povezano je sa formiranjem druge faze - zaostalog ferita. Povećanje plastičnosti na temperaturama iznad 1000°C ukazuje na nagli pad otpornosti metala na deformaciju.
4. Brzina deformacije
Potrebno je razlikovati brzinu kretanja alata ili brzinu deformacije (V, m/s) i brzinu deformacije - promjenu stepena deformacije u jedinici vremena (u ili ε, s-1 ),

gdje je L osnovna dužina uzorka koji je podvrgnut napetosti; Δl - apsolutno izduženje uzorka Δl=l-L; t - vrijeme; V je brzina alata; H, h - visina tijela prije i poslije deformacije; Ah - apsolutna redukcija Δh = H-h; R je polumjer radnih valjaka.
Kako se stopa deformacije povećava, plastičnost se smanjuje., jer se ne može kretati pravi broj dislokacije.
Povećanje plastičnosti pri visokim brzinama deformacije objašnjava se povećanjem temperature metala.
5. Životna sredina. Neki surfaktanti povećavaju plastičnost metala (oleinska kiselina) - olakšavaju plastično smicanje, drugi - doprinose krtom lomu (kerozin).
Stoga se dužna pažnja mora posvetiti mazivima.

Valjanje u vakuumu ili medijumu inertnih gasova rijetki zemni elementi (Nb, Mo, Te) ne dozvoljavaju stvaranje oksidnog filma, koji je vrlo krhak. Prilikom valjanja u vakuumu, plin difundira prema van i metal postaje duktilan. U SAD su izgrađene prodavnice sa zaštitnom atmosferom. U gradu Čirčik (Tadžikistan), valjaonica radi u metalurškoj fabrici sa zatvorenim sklopovima valjaka u kojima se stvara vakuum.
6. Frakcionalnost deformacije
Povećanje fragmentacije deformacije dovodi do povećanja plastičnosti legiranih čelika.

Valjanje na planetarnom mlinu, zbog visokog stepena deformacije, omogućava vam da dobijete 98% stepena deformacije. Frakcijska deformacija pomaže u smanjenju neujednačenosti metalne strukture, olakšava rotaciju zrna. Prilikom ponovnog punjenja dolazi do smanjenja zaostalih naprezanja između zrna i graničnih zona,
7. Mehanička shema deformacije
Najpovoljnija shema plastične deformacije je shema trostrane neujednačene kompresije. Pod ostalim jednakim uvjetima, smanjenje vlačnog naprezanja ima blagotvoran učinak na plastična svojstva metala.
U prijelazu sa deformacije prema shemi jednoosnog zatezanja na deformaciju prema shemi trostrane kompresije, teoretski je moguće povećati plastičnost metala za 2,5 puta.
U Karmanovim klasičnim eksperimentima presovanja mramora i pješčenjaka dobivena je vrijednost od 68% stepena deformacije mramora bez razaranja kada se tretira visokim hidrostatskim pritiskom.
hidrostatički pritisak

gdje su σ1, σ2, σ3 glavna tlačna naprezanja.
Plastična deformacija nastaje zbog razlike glavnih naprezanja σ1 ~ σ3 = σt.
Prilikom valjanja lomljivih lijevanih legura, radi smanjenja vlačnih naprezanja na rubovima, koristi se tzv. „oblok“ (prije valjanja radni komad se umotava u omotač od visoko duktilnog metala). U tom slučaju u ljusci nastaju vlačna naprezanja, a deformabilni metal doživljava tlačna naprezanja koja sprječavaju pucanje.

Obećavajući smjer je korištenje hidroekstruzije - stvaranje sveobuhvatnog neujednačenog tlačnog pritiska u deformabilnom metalu zbog tekućine (o čemu će biti riječi kasnije).
U realnim procesima uvijek postoji neravnina deformacija (između zrna, između pojedinih lokalnih područja), što uzrokuje neravnine deformacije.
8. Faktor skaliranja
Što je veći volumen tijela, to su njegova plastična svojstva niža, uz sve ostale stvari jednake, treba uzeti u obzir pri razvoju MMD procesa i pri projektovanju opreme.

Ime:*
Email:
komentar:

Dodati

05.04.2019

Grožđe je bobičasto voće kratkoročno skladištenje. Čak i u frižideru, vrlo brzo postaje letargičan, gubi normalan izgled. Možete ga, naravno, zamrznuti u...

05.04.2019

Iskusan specijalista firme koja pruža usluge montaže, popravke i...

05.04.2019

Plinski kotao je oprema, uz pomoć koje se dobiva toplinska energija koja je potrebna za normalno grijanje prostorije. Ove jedinice često...

05.04.2019

Na teritoriju metalurškog preduzeća Taškent počeli su da donose glavnu tehnološku opremu. Grupa kompanija MetProm nastupila je kao dobavljač u...

05.04.2019

Od prvog dana pojave osiguranih kredita, zajmoprimci imaju mogućnost da uzmu značajne iznose novca na najbolji uslovi nego u slučaju registracije...

05.04.2019

Danas svaka kompanija koja posluje u hemijskoj industriji koristi specijalnu opremu za izvođenje različitih postupaka, pri čemu različiti ...

05.04.2019

Poznata kanadska korporacija First Quantum Minerals, koja je u zimu ove godine prebacila rudnik za vađenje bakarnih sirovina Cobre Panama na teritoriju...

05.04.2019

VVGNG-LS je strujni kabl koji obezbeđuje električnu energiju stacionarnih (kao deo različitih objekata), kao i mobilnih (u uslovima gradilišta) ...

Plastika - sposobnost metala da percipira zaostalu deformaciju bez razaranja.

Ponekad se pogrešno identificiraju visoka duktilnost i niska otpornost na deformacije. Plastičnost i otpornost na deformacije različite su karakteristike čvrstih tijela koje ne ovise jedna o drugoj.

Sposobnost plastične promjene oblika svojstvena je svim čvrstim tvarima, ali je u nekima zanemarljiva i manifestira se samo tijekom deformacije pod posebnim uvjetima.

Faktori koji utiču na plastičnost:

1. Priroda supstance:čisti metali imaju dobru plastičnost, a nečistoće koje formiraju čvrste otopine s metalom manje smanjuju plastičnost od onih koje se u njemu ne otapaju. Posebno značajno smanjuju plastičnost nečistoća koje se talože tokom kristalizacije duž granica zrna;

2. Stvrdnjavanje: zbog fenomena samootvrdnjavanja, koji prati otvrdnjavanje, smanjuje se plastičnost metala;

3. Temperatura: povećanje temperature metala dovodi do povećanja duktilnosti. U vrlo niske temperature metal postaje lomljiv. Postoje temperaturni intervali koji su različiti za različite metale. U ugljičnom čeliku, primjetno smanjenje duktilnosti se nalazi na temperaturama u , tzv plava krhkost. Ovaj fenomen se objašnjava oslobađanjem najmanjih čestica karbida duž ravni klizanja.

S nedovoljnim sadržajem mangana u čeliku s niskim udjelom ugljika, nagli pad duktilnosti na temperaturi od c naziva se crvena lomljivost. Ovaj fenomen nastaje zbog topljenja FeS eutektike koja se nalazi duž granica zrna.

Dovodi do oštrog pada svojstava plastike izgaranje - defekt nastao kao rezultat dugog izlaganja metala u zoni visoke temperature blizu temperature topljenja, praćeno oksidacijom površine zrna, slabljenjem međugranularnih veza. Izgaranje je nepopravljiv nedostatak.

Smanjenje plastičnosti je također uočeno kod pregrijavanje - defekt nastao kao rezultat držanja metala u zoni visoke temperature, praćen prekomjernim grubljenjem zrna u području faznih transformacija. Pregrijavanje je kvar koji se može ukloniti i rješava se naknadnom toplinskom obradom;

4. Stopa deformacije: kod vruće obrade metala, zbog usporavanja procesa rekristalizacije od radnog očvršćavanja, povećanje brzine smanjuje plastičnost. Tokom hladnog rada, povećanje brzine deformacije može povećati duktilnost zbog zagrijavanja metala oslobođenom toplinom;

5. Priroda stresnog stanja: Prema stajalištima koja postoje u teoriji oblikovanja metala, plastična deformacija nastaje pod utjecajem posmičnog naprezanja, a krhki lom uzrokovan je normalnim vlačnim naponima. Uticaj naponskog stanja na plastičnost može se proceniti iz vrednosti hidrostatskog pritiska:

Ako se hidrostatički tlak povećava, tada se povećava plastičnost, ako se smanjuje, onda se plastičnost smanjuje. Iskustvo pokazuje da je promjenom stresnog stanja sve moguće čvrsta tela stoga se smatra duktilnim ili krhkim plastičnost se ne smatra svojstvom, već stanjem materije;

^

Faktori koji utiču na duktilnost metala

Plastičnost ovisi o prirodi tvari (njegove hemijski sastav i strukturnu strukturu), temperaturu, brzinu deformacije, stepen očvršćavanja i uslove naprezanja u trenutku deformacije.

^ Utjecaj prirodnih svojstava metala. Plastičnost direktno zavisi od hemijskog sastava materijala. Sa povećanjem sadržaja ugljika u čeliku, duktilnost se smanjuje. Elementi koji čine leguru kao nečistoće imaju veliki uticaj. Kositar, antimon, olovo, sumpor se ne otapaju u metalu i, smješteni duž granica zrna, slabe veze između njih. Tačka topljenja ovih elemenata je niska; kada se zagrijavaju za vruću deformaciju, oni se tope, što dovodi do gubitka duktilnosti. Supstitucijske nečistoće manje smanjuju plastičnost od intersticijskih nečistoća.

Plastičnost zavisi od strukturnog stanja metala, posebno tokom vruće deformacije. Heterogenost mikrostrukture smanjuje plastičnost. Jednofazne legure, ceteris paribus, uvijek su duktilnije od dvofaznih. Faze nisu iste mehanička svojstva, a deformacija je neujednačena. Fino zrnati metali su duktilniji od krupnozrnih. Metal ingota je manje duktilan od metala valjane ili kovane gredice, jer livena struktura ima oštru heterogenost zrna, inkluzija i drugih nedostataka.

^ Temperaturni efekat . Na vrlo niskim temperaturama, blizu apsolutne nule, svi metali su krti. Pri proizvodnji konstrukcija koje rade na niskim temperaturama mora se uzeti u obzir niska duktilnost.

S povećanjem temperature raste duktilnost niskougljičnih i srednje ugljičnih čelika. Ovo se objašnjava činjenicom da se kršenja granica zrna ispravljaju. Ali povećanje plastičnosti nije monotono. U intervalima određenih temperatura uočava se "neuspjeh" plastičnosti. Dakle, za čisto željezo, krhkost se nalazi na temperaturi od 900-1000 ° C. To je zbog faznih transformacija u metalu. Smanjenje plastičnosti na temperaturi od 300-400 ° C naziva se plava krhkost, na temperaturi od 850-1000 o C - crvena lomljivost.

Visokolegirani čelici imaju veću hladnu duktilnost . Za čelike s kugličnim ležajevima, duktilnost je praktički neovisna o temperaturi. Pojedinačne legure mogu imati raspon povećane duktilnosti .

Kada se temperatura približi tački topljenja, duktilnost naglo opada zbog pregrijavanja i prekomjernog sagorijevanja. Pregrijavanje se izražava u prekomjernom rastu zrna prethodno deformisanog metala. Pregrijavanje se ispravlja zagrijavanjem na određenu temperaturu, a zatim brzim hlađenjem. Burnout je nepopravljiv brak. Sastoji se od oksidacije granica krupnih zrna. U ovom slučaju, metal je lomljiv.

^ Utjecaj radnog očvršćavanja i brzine deformacije . Stvrdnjavanje smanjuje duktilnost metala.

Učinak brzine deformacije na plastičnost je dvostruk. Prilikom vruće obrade pritiskom, povećanje brzine dovodi do smanjenja plastičnosti, jer. stvrdnjavanje je ispred rekristalizacije. Tokom hladnog rada, povećanje brzine deformacije najčešće povećava duktilnost zbog zagrijavanja metala.

^ Utjecaj prirode stresnog stanja. Prirodu stresnog stanja ima veliki uticaj za plastičnost. Povećanje uloge tlačnih napona u opšta šema napeto stanje povećava plastičnost. U uvjetima izražene svestrane kompresije moguće je deformirati čak i vrlo krhke materijale. Shema sveobuhvatne kompresije je najpovoljnija za ispoljavanje plastičnih svojstava, budući da je intergranularna deformacija u ovom slučaju otežana i sve deformacije se odvijaju zbog intragranularne deformacije. Povećanje uloge vlačnih napona dovodi do smanjenja plastičnosti. U uvjetima sveobuhvatne napetosti s malom razlikom u glavnim naprezanjima, kada su posmična naprezanja mala za početak plastične deformacije, čak i najduktilniji materijali se lome.

Plastičnost se može procijeniti pomoću . Ako a raste, povećava se i plastičnost, i obrnuto. Iskustvo pokazuje da je promjenom stanja naprezanja moguće sva čvrsta tijela učiniti duktilnim ili krhkim. Zbog toga plastičnost se ne smatra svojstvom, već posebnim stanjem materije.
^

Stanje plastičnosti

Uvjet plastičnosti za linearno naponsko stanje

Uvjet plastičnosti je uvjet za prijelaz elastične deformacije u plastičnu, tj. definira tačku pregiba u dijagramu napetost-kompresija.

U stanju linearnog naprezanja, na primjer, kada se uzorak rastegne, plastična deformacija počinje kada normalno naprezanje dostigne tačku tečenja. To jest, za stanje linearnog naprezanja, uvjet plastičnosti ima oblik:
.

Napomena: u procesu deformacije promjene. Stoga se u teoriji plastičnosti umjesto koncepta "napona tečenja" koristi koncept "otpornosti na deformaciju", tj. specifična sila koja dovodi uzorak u plastično stanje u procesu jednolične linearne napetosti pri datoj temperaturi, datoj brzini i stepenu deformacije.

U volumenskom napregnutom stanju također mora postojati određeni odnos između otpornosti na deformaciju i glavni normalni naponi za početak plastične deformacije.
^

Uvjet konstantnosti maksimalnog posmičnog naprezanja (uvjet plastičnosti Saint-Venant)

Na osnovu eksperimentalnih podataka, Tresca je otkrio da za početak plastične deformacije, maksimalno posmično naprezanje mora dostići određenu, konstantnu vrijednost za dati metal. Saint-Venant je izveo uslov plastičnosti na osnovu ovih eksperimenata. Otkrio je da do plastične deformacije dolazi kada maksimalno posmično naprezanje dostigne vrijednost pola granica popuštanja, tj.
. Ali
. Odavde dobijamo
.

Dakle, uvjet plastičnosti Saint Venant izgleda kao:

Plastična deformacija nastaje kada maksimalna razlika između glavnih normalnih napona dostigne vrijednost otpornosti na deformaciju, tj.

U proizvoljnim osama, jednadžba plastičnosti ima oblik:

Eksperimentalna verifikacija ovog zakona pokazala je neslaganje između teorije i prakse od 0-16%. To je zato što jednačina ne uzima u obzir utjecaj prosječnog glavnog napona .

^

Energetski uvjet plastičnosti (Huber–Mises–Genka uvjet plastičnosti)

Prema Saint-Venantovom uvjetu plastičnosti, prijelaz tijela iz elastičnog u plastično stanje ne ovisi o prosječnom naprezanju. M. Huber, Z. Mises i G. Genki predložili su novi uvjet plastičnosti:

Plastična deformacija nastaje kada intenzitet naprezanja dostigne vrijednost jednaku granici tečenja u stanju linearnog naprezanja, tj.

Nakon zamjene formule za intenzitet naprezanja, dobijamo

Ili u glavnim stresovima

S obzirom na to u linearnom naponskom stanju
, dobijamo
.

Ovaj uvjet plastičnosti naziva se i uvjet konstantnosti intenziteta naprezanja ili uvjet konstantnosti intenziteta posmičnog naprezanja ili uvjet konstantnosti oktaedarskih napona.

Huber-Mises-Genka uslov plastičnosti naziva se uslovom energetske plastičnosti, jer izvedeno je iz energetskog stanja: do plastične deformacije dolazi kada potencijalna energija elastična deformacija, usmjerena na promjenu oblika tijela, dostići će određenu vrijednost bez obzira na šemu stanja naprezanja.

Iz uvjeta plastičnosti proizlazi da uvjet za prijelaz iz elastične u plastičnu deformaciju ne ovisi o apsolutnoj vrijednosti glavnih napona, već samo o njihovoj razlici. Povećanje ili smanjenje glavnih napona za istu vrijednost ne mijenja uslove za nastanak plastične deformacije, tj. prelazak iz elastičnog stanja u plastično ne zavisi od sfernog tenzora, već zavisi samo od devijatora napona.

Za daljnje transformacije uvodimo bezdimenzionalnu veličinu - tenzor usmjernog naprezanja:
, izražavamo kroz :
i zamijeniti u jednadžbu plastičnosti:

Nakon transformacije dobijamo:

O
odrediti
, tada će jednadžba plastičnosti poprimiti oblik:

Koeficijent se zove Lode koeficijent po imenu naučnika,

Eksperimentalno provjerena jednadžba plastičnosti.

Zbog
, mogući su sljedeći ekstremni slučajevi:

, onda
i
;

, onda
i ;

, onda
i
;

one. koeficijent Lode ima vrijednosti od 1 do 1,15. U slučaju kada , jednadžba plastičnosti poprima oblik
, tj. poklapa se sa Saint-Venantovim uvjetom plastičnosti. U slučaju kada
, razlika između uslova plastičnosti je maksimalna vrijednost (oko 16%).