Olika faktorers inverkan på plasticitet och motståndskraft mot deformation. Tryckbehandlingens inverkan på metallens struktur och egenskaper

På fig. 2.9 visar grafer över effekten av kalldeformation på duktiliteten S, draghållfastheten a b och hårdheten HB för mjukt stål. Det kan ses från graferna att redan vid en deformation lika med 20% observeras en minskning av metallens plasticitet med en faktor 3, en ökning av hårdhet och styrka med cirka 1,3 ... 1,4 gånger. Därför är det i kallt tillstånd omöjligt att erhålla smide av komplex form från detta stål, eftersom metallen kommer att förstöras under deformation på grund av låg duktilitet.

För att öka formbarheten hos de bearbetade metallerna värms upp. Med en ökning av temperaturen ökar plasticiteten och metallernas motståndskraft mot deformation minskar. Ta som ett exempel temperaturens inverkan på duktilitet 5 och draghållfasthet a i stål med en kolhalt på 0,42 % (fig. 2.10). Med en ökning av deformationstemperaturen från 0 till 300 °C ökar motståndet mot deformation något och sjunker sedan från 760 till 10 MN/m 2 vid 1200 °C, dvs det minskar med nästan 76 gånger. Duktiliteten hos detta stål, tvärtom, med en ökning av temperaturen från 0 till 300 ° C, minskar först, ökar sedan kraftigt till en temperatur på 800 ° C, sjunker sedan något, och igen med en ytterligare ökning av temperaturen. ökar. Fenomenet med minskad plasticitet vid 300 °C kallas blå sprödhet och vid 800 °C kallas det röd sprödhet. Blå sprödhet förklaras av utfällningen av de minsta partiklarna av karbider längs glidplanen, vilket ökar motståndet mot deformation och minskar duktiliteten. Röd sprödhet uppträder på grund av bildningen i metallen av ett flerfassystem med reducerad plasticitet. Detta tillstånd är karakteristiskt för ofullständig varmbearbetning. Vid temperaturer med blå sprödhet och röd sprödhet är det särskilt oönskat att deformera stål, eftersom sprickor kan bildas i arbetsstycket under smide och som ett resultat produktdefekter.

Olika metaller och legeringar behandlas med tryck i ett väldefinierat temperaturområde AT \u003d T b ~ T l, där T in och T n är de övre och nedre temperaturgränserna för metalltryckbehandling, respektive.

Deformation av metallen vid en temperatur under T n på grund av en minskning av duktiliteten kan leda till dess förstörelse. Uppvärmning av metallen över temperaturen T i leder till defekter i metallens struktur, en minskning av dess mekaniska egenskaper och duktilitet. Temperaturområdena för tryckbehandling för olika metaller är olika, men de har det gemensamt att metaller har störst plasticitet vid temperaturer som överstiger omkristallisationstemperaturen.

Inverkan av grad och hastighet av deformation. Graden och graden av deformation har en komplex effekt på metallens duktilitet och motståndskraft mot deformation. Dessutom beror detta inflytande både på deras värden och på tillståndet där metallen deformeras - varm eller kall.

Graden och graden av deformation utövar samtidigt både stärkande och mjukgörande effekter på metallen. Så med en ökning av graden av deformation ökar å ena sidan metallens arbetshärdning, och följaktligen ökar dess motstånd mot deformation också. Men å andra sidan leder en ökning av graden av deformation, vilket intensifierar omkristallisationsprocessen, till en uppmjukning av metallen och en minskning av dess motstånd mot deformation. När det gäller töjningshastigheten, med dess ökning, minskar tiden för omkristallisationsprocessen och följaktligen ökar härdningen. Men med en ökning av töjningshastigheten ökar mängden värme som frigörs i metallen vid deformationsögonblicket, vilket inte hinner försvinna i miljö och orsakar ytterligare uppvärmning av metallen. En ökning av temperaturen åtföljs av en minskning av metallens motstånd mot deformation.

I de flesta fall deformeras manuell smidesmetall i uppvärmt tillstånd och en ökning av graden och hastigheten av deformation leder till en minskning av duktiliteten och en ökning av motståndet mot deformation.

Inverkan av stresstillståndsschemat. Spänningstillståndsmönstret har en signifikant effekt på duktilitet, deformationsmotstånd och total formningskraft.

Ju högre dragspänningar i den deformerbara metallen är, desto mer minskar dess duktilitet och desto mer sannolikt är det att sprickor uppstår i den. Därför bör man sträva efter att bearbeta metallen på ett sådant sätt att det uppstår tryckspänningar i den och det inte finns några dragspänningar.

Så metallen har den lägsta plasticiteten under deformationsförhållanden enligt det linjära spänningsschemat (se fig. 2.6, / och 2.7, a) och den högsta - enligt det allsidiga ojämna kompressionsschemat (se fig. 2.6, iii och 2.11, a). Det har experimentellt fastställts att legeringar som är icke-plastiska under förhållanden med enaxlig spänning deformeras väl under förhållanden med likformig ojämn kompression. Gjutjärn, till exempel under spänning eller öppen rubbning (se fig. 2.5) deformeras praktiskt taget inte, medan det kan utsättas för betydande deformationer genom extrudering med en kraft P och mottryck P p p enligt schemat som visas i fig. 2.11 , a.

Kunskapen om stresstillståndsplaner är stor praktiskt värde. Vid smide av höglegerade stål på plana stansar (se fig. 2.5) kan det uppstå sprickor på arbetsstyckets tunnformade yta. Detta förklaras av det faktum att metallens spänningstillstånd i denna zon kännetecknas av närvaron av dragspänningar o 3 . Om detta arbetsstycke är rubbat i en dorn (fig. 2.11, b) eller smidt i utskurna stansar (fig. 2.11, c), kommer metallspänningstillståndsschemat att motsvara det allsidiga kompressionsschemat och därmed spricka bildning kan undvikas.

I modern smides- och stämplingsproduktion erhålls ämnen av delar från vissa värmebeständiga legeringar endast genom extrudering, eftersom med andra metoder (störning, böjning, öppen stämpling) observeras förstörelse av legeringen.

1. Kemisk sammansättning
Rena metaller har den högsta duktiliteten, den lägsta - kemiska föreningar(större motstånd mot dislokationsrörelse).
Legeringstillsatser Cr, Ni, W, Co, Mo - öka plasticiteten; C, Si - minska duktiliteten.
2. Mikro-, makrostruktur
Med en minskning av kornstorleken ökar plasticiteten (superplasticitet). Heterogenitet hos korn minskar plasticiteten.
3. Fassammansättning
Den största plasticiteten har en metall med en homogen struktur. olika faser, som har osammanhängande galler, hindrar rörelsen av dislokationer och minskar plasticiteten.
Dessutom deformeras de olika, vilket bidrar till bildandet av sprickor.

Minskningen av plasticitet vid temperaturer över 800°C är förknippad med bildandet av den andra fasen - kvarvarande ferrit. Ökningen av plasticitet vid temperaturer över 1000°C indikerar en kraftig minskning av metallens motstånd mot deformation.
4. Töjningshastighet
Det är nödvändigt att skilja mellan verktygets rörelsehastighet eller deformationshastigheten (V, m / s) och deformationshastigheten - en förändring i graden av deformation per tidsenhet (u eller ε, s-1 ),

där L är baslängden på provet som utsatts för spänning; Al - absolut förlängning av provet Al=l-L; t - tid; V är verktygets hastighet; H, h - kroppshöjd, före och efter deformation; Ah - absolut reduktion Ah = H-h; R är radien för de arbetande valsarna.
När töjningshastigheten ökar minskar plasticiteten., eftersom den inte kan röra sig rätt nummer dislokationer.
Ökningen av plasticitet vid höga töjningshastigheter förklaras av en ökning av metallens temperatur.
5. Miljö. Vissa ytaktiva ämnen ökar metallens plasticitet (oljesyra) - underlättar plastisk skjuvning, andra - bidrar till spröd fraktur (fotogen).
Därför måste vederbörlig uppmärksamhet ägnas åt smörjmedel.

Rulla i vakuum eller medium inerta gaser sällsynta jordartsmetaller (Nb, Mo, Te) tillåter inte bildandet av en oxidfilm, som är mycket ömtålig. Vid rullning i vakuum diffunderar gasen utåt och metallen blir seg. Butiker med skyddande atmosfär har byggts i USA. I staden Chirchik (Tadzjikistan) arbetar ett valsverk vid en metallurgisk anläggning med förseglade valsenheter där ett vakuum skapas.
6. Fraktionalitet av deformation
En ökning av fragmenteringen av deformation leder till en ökning av plasticiteten hos legerade stålkvaliteter.

Valsning på en planetkvarn, på grund av den höga graden av deformation, gör att du kan få 98% av graden av deformation. Fraktionerad deformation hjälper till att minska metallstrukturens ojämnhet, underlättar rotationen av kornen. Vid omlastning minskar restspänningarna mellan spannmålen och gränszonerna,
7. Mekaniskt schema för deformation
Det mest gynnsamma schemat för plastisk deformation är schemat med tresidig ojämn kompression. Allt annat lika har en minskning av dragspänningen en gynnsam effekt på metallens plastiska egenskaper.
I övergången från deformation enligt schemat för enaxlig spänning till deformation enligt schemat för tresidig kompression, är det teoretiskt möjligt att öka metallens plasticitet med 2,5 gånger.
I Karmans klassiska experiment med pressning av marmor och sandsten erhölls ett värde på 68 % av marmors deformationsgrad utan förstörelse vid behandling med högt hydrostatiskt tryck.
hydrostatiskt tryck

där σ1, σ2, σ3 är de huvudsakliga tryckspänningarna.
Plastisk deformation uppstår på grund av skillnaden i huvudspänningar σ1 ~ σ3 = σt.
Vid valsning av spröda gjutlegeringar, för att minska dragspänningar på kanterna, används den så kallade "manteln" (före valsning är arbetsstycket inslaget i ett skal av mycket seg metall). I detta fall uppstår dragspänningar i skalet och den deformerbara metallen utsätts för tryckspänningar som förhindrar sprickbildning.

En lovande riktning är användningen av hydroextrudering - skapandet av ett omfattande ojämnt kompressionstryck i en deformerbar metall på grund av en vätska (som kommer att diskuteras senare).
I verkliga processer finns det alltid deformationsojämnheter (mellan korn, mellan enskilda lokalområden), vilket orsakar deformationsojämnheter.
8. Skalfaktor
Ju större volym kroppen är, desto lägre plastegenskaper bör, allt annat lika, beaktas vid utveckling av MMD-processer och vid design av utrustning.

Namn:*
E-post:
Kommentar:

Lägg till

05.04.2019

Druvor är bär kortsiktigt lagring. Även i kylskåpet blir det väldigt snabbt slö, tappar sitt normala utseende. Du kan såklart frysa in den i...

05.04.2019

En erfaren specialist från ett företag som tillhandahåller tjänster för installation, reparation och...

05.04.2019

En gaspanna är en utrustning, med dess hjälp erhålls termisk energi, som krävs för normal uppvärmning av ett rum. Dessa enheter ofta...

05.04.2019

På Tashkents metallurgiska företags territorium började de ta med den viktigaste tekniska utrustningen. MetProm Group of Companies agerade leverantör i...

05.04.2019

Från den första dagen av uppkomsten av säkrade lån har låntagare möjlighet att ta betydande summor pengar på bästa förutsättningarnaän vid registrering...

05.04.2019

Idag använder alla företag som är verksamma inom den kemiska industrin specialutrustning för att utföra olika procedurer, där olika ...

05.04.2019

Ett välkänt företag från Kanada, First Quantum Minerals, som under vintern i år överförde gruvan för utvinning av kopparråvaror Cobre Panama på territoriet...

05.04.2019

VVGNG-LS är en strömkabel som ger elektrisk kraft till stationära (som en del av olika byggnader), såväl som mobila (under byggarbetsplatser)...

Plast - metallens förmåga att uppfatta den kvarvarande deformationen utan att förstöras.

Ibland identifieras av misstag hög duktilitet och låg motståndskraft mot deformation. Plasticitet och motståndskraft mot deformation är olika egenskaper hos fasta ämnen som inte är beroende av varandra.

Förmågan att plastiskt ändra form är inneboende i alla fasta ämnen, men i vissa av dem är den försumbar och visar sig endast under deformation under speciella förhållanden.

Faktorer som påverkar plasticiteten:

1. Ämnets natur: rena metaller har god plasticitet och föroreningar som bildar fasta lösningar med metallen minskar plasticiteten mindre än de som inte löser sig i den. Särskilt märkbart minska plasticiteten hos föroreningar som fälls ut under kristallisation längs korngränserna;

2. Härdning: på grund av fenomenet självhärdning, som åtföljer härdning, minskar metallens plasticitet;

3. Temperatur: en ökning av metallens temperatur leder till en ökning av duktiliteten. Vid mycket låga temperaturer metallen blir skör. Det finns temperaturintervall som är olika för olika metaller. I kolstål finns en märkbar minskning av duktiliteten vid temperaturer i , kallad blå sprödhet. Detta fenomen förklaras av frigörandet av de minsta partiklarna av karbider längs glidplanen.

Med otillräcklig manganhalt i lågkolhaltigt stål kallas ett kraftigt fall i formbarheten vid en temperatur på c röd sprödhet. Detta fenomen uppstår på grund av smältningen av FeS-eutektiken som ligger längs korngränserna.

Leder till en kraftig nedgång i plastegenskaper utbrändhet - en defekt som bildas till följd av en lång exponering av metallen i zonen höga temperaturer nära smälttemperaturen, åtföljd av oxidation av kornytan, vilket försvagar intergranulära bindningar. Utbrändhet är en irreparabel defekt.

En minskning av plasticitet observeras också vid överhettning - en defekt som bildas som ett resultat av att metallen hålls i högtemperaturzonen, åtföljd av överdriven förgrovning av korn i området för fasomvandlingar. Överhettning är en löstagbar defekt och löses genom efterföljande värmebehandling;

4. Deformationshastighet: vid varmbearbetning av metaller, på grund av fördröjningen av omkristallisationsprocessen från arbetshärdning, minskar en ökning av hastigheten plasticiteten. Under kallbearbetning kan en ökning av töjningshastigheten öka duktiliteten på grund av uppvärmningen av metallen av den frigjorda värmen;

5. Typen av stresstillstånd: enligt de synpunkter som finns i teorin om metallformning sker plastisk deformation under påverkan av skjuvspänningar och spröd brott orsakas av normala dragspänningar. Inverkan av spänningstillståndet på plasticiteten kan uppskattas från värdet av hydrostatiskt tryck:

Om det hydrostatiska trycket ökar så ökar plasticiteten, om det minskar så minskar plasticiteten. Erfarenheten visar att genom att ändra stresstillståndet är allt möjligt fasta kroppar anses därför duktil eller spröd plasticitet anses inte vara en egenskap, utan ett tillstånd av materia;

^

Faktorer som påverkar metallens formbarhet

Plasticiteten beror på ämnets natur (dess kemisk sammansättning och strukturell struktur), temperatur, töjningshastighet, härdningsgrad och spänningsförhållanden vid deformationsögonblicket.

^ Påverkan av metallens naturliga egenskaper. Plasticiteten är direkt beroende av materialets kemiska sammansättning. Med ökande kolhalt i stål minskar duktiliteten. De grundämnen som utgör legeringen som föroreningar har stor inverkan. Tenn, antimon, bly, svavel löser sig inte i metallen och, som ligger längs korngränserna, försvagar bindningarna mellan dem. Smältpunkten för dessa element är låg, när de värms upp för varm deformation smälter de, vilket leder till en förlust av duktilitet. Substitutionella föroreningar minskar plasticiteten mindre än interstitiella föroreningar.

Plasticiteten beror på metallens strukturella tillstånd, särskilt under het deformation. Mikrostrukturens heterogenitet minskar plasticiteten. Enfaslegeringar, ceteris paribus, är alltid mer formbara än tvåfasiga. Faserna är inte desamma mekaniska egenskaper, och deformationen är ojämn. Finkorniga metaller är mer sega än grovkorniga. Metallen i göt är mindre seg än metallen i en valsad eller smidd ämne, eftersom den gjutna strukturen har en skarp heterogenitet av korn, inneslutningar och andra defekter.

^ Temperatureffekt . Vid mycket låga temperaturer, nära absolut noll, är alla metaller spröda. Låg duktilitet måste beaktas vid tillverkning av strukturer som arbetar vid låga temperaturer.

Med en ökning av temperaturen ökar duktiliteten hos lågkolhaltiga och medelkolhaltiga stål. Detta förklaras av det faktum att korngränsöverträdelser korrigeras. Men plasticitetsökningen är inte monoton. I intervallen för vissa temperaturer observeras ett "fel" av plasticitet. Så för rent järn finns sprödhet vid en temperatur på 900-1000 ° C. Detta beror på fasomvandlingar i metallen. Minskningen av plasticitet vid en temperatur på 300-400 ° C kallas blå sprödhet, vid en temperatur av 850-1000 ca C - röd sprödhet.

Höglegerade stål har större kall duktilitet . För kullagerstål är duktiliteten praktiskt taget oberoende av temperaturen. Enskilda legeringar kan ha en rad ökad duktilitet .

När temperaturen närmar sig smältpunkten minskar duktiliteten kraftigt på grund av överhettning och överbränning. Överhettning uttrycks i överdriven tillväxt av korn av fördeformerad metall. Överhettning korrigeras genom uppvärmning till en viss temperatur och sedan snabb nedkylning. Utbrändhet är ett oförbätterligt äktenskap. Det består i oxidation av gränserna för stora korn. I det här fallet är metallen skör.

^ Påverkan av arbetshärdning och töjningshastighet . Härdning minskar duktiliteten hos metaller.

Effekten av töjningshastigheten på plasticiteten är tvåfaldig. Under varmbearbetning med tryck leder en ökning av hastigheten till en minskning av plasticiteten, eftersom. härdning är före omkristallisation. Under kallbearbetning ökar en ökning av töjningshastigheten oftast duktiliteten på grund av uppvärmning av metallen.

^ Påverkan av stresstillståndets natur. Naturen av stresstillståndet har stort inflytande för plasticitet. En ökning av rollen av tryckspänningar i allmän ordning stressat tillstånd ökar plasticiteten. Under förhållanden med uttalad all-round kompression är det möjligt att deformera även mycket spröda material. Schemat för all-round kompression är det mest gynnsamma för manifestationen av plastiska egenskaper, eftersom intergranulär deformation hindras i detta fall och all deformation fortsätter på grund av intragranulär deformation. En ökning av rollen av dragspänningar leder till en minskning av plasticiteten. Under förhållanden med allroundspänning med en liten skillnad i huvudspänningar, när skjuvspänningar är små för uppkomsten av plastisk deformation, är även de mest sega materialen sprödbrott.

Plasticiteten kan bedömas med . Om en ökar, plasticiteten ökar också, och vice versa. Erfarenheten visar att genom att ändra stresstillståndet är det möjligt att göra alla fasta kroppar sega eller spröda. Så plasticitet anses inte vara en egenskap, utan ett speciellt tillstånd av materia.
^

Plasticitetsskick

Plasticitetsvillkor för linjärt spänningstillstånd

Plasticitetsvillkoret är villkoret för övergången av elastisk deformation till plast, dvs. den definierar inflexionspunkten i spänningskompressionsdiagrammet.

I ett linjärt spänningstillstånd, till exempel, när ett prov sträcks, börjar plastisk deformation när den normala spänningen når sträckgränsen. Det vill säga, för ett linjärt spänningstillstånd har plasticitetstillståndet formen:
.

Obs: håller på att deformeras ändringar. Därför används i teorin om plasticitet istället för begreppet "flytspänning" begreppet "motstånd mot deformation", d.v.s. specifik kraft som för provet i ett plastiskt tillstånd i processen med enhetlig linjär sträckning vid en given temperatur, en given hastighet och grad av deformation.

I det volymspända tillståndet måste det också finnas ett visst förhållande mellan motståndet mot deformation och huvudsakliga normala spänningar för uppkomsten av plastisk deformation.
^

Konstantstillståndet för den maximala skjuvspänningen (Saint-Venants plasticitetsvillkor)

På basis av experimentella data fann Tresca att för uppkomsten av plastisk deformation måste den maximala skjuvspänningen nå ett visst konstant värde för en given metall. Saint-Venant härledde tillståndet för plasticitet på basis av dessa experiment. Han fann att plastisk deformation uppstår när den maximala skjuvspänningen når ett värde halv sträckgräns, dvs.
. Men
. Härifrån får vi
.

Således plasticitet tillstånd Saint Venant ser ut som:

Plastisk deformation uppstår när den maximala skillnaden mellan huvudnormalspänningarna når värdet av motståndskraft mot deformation, d.v.s.

I godtyckliga axlar har plasticitetsekvationen formen:

En experimentell verifiering av denna lag visade en diskrepans mellan teori och praktik på 0-16%. Detta beror på att ekvationen inte tar hänsyn till påverkan av den genomsnittliga huvudspänningen .

^

Energiplasticitetstillstånd (Huber–Mises–Genka plasticitetstillstånd)

Enligt Saint-Venants plasticitetsvillkor beror övergången av en kropp från ett elastiskt tillstånd till ett plastiskt inte på den genomsnittliga stressen. M. Huber, Z. Mises och G. Genki föreslog ett nytt plasticitetstillstånd:

Plastisk deformation uppstår när spänningsintensiteten når ett värde lika med sträckgränsen i ett linjärt spänningstillstånd, d.v.s.

Efter att ha ersatt formeln för stressintensiteten får vi

Eller i huvudspänningarna

Med tanke på det i ett linjärt stresstillstånd
, vi får
.

Detta plasticitetstillstånd kallas också tillståndet för konstant spänningsintensitet eller villkoret för beständighet av skjuvspänningsintensitet eller villkoret för beständighet av oktaedriska spänningar.

Huber-Mises-Genka plasticitetstillståndet kallas energiplasticitetstillståndet, eftersom det härleddes från energitillståndet: plastisk deformation uppstår när potentiell energi elastisk deformation, som syftar till att ändra formen på kroppen, kommer att nå visst värde oavsett stresstillståndsschemat.

Av plasticitetsvillkoret följer att villkoret för övergången från elastisk till plastisk deformation inte beror på det absoluta värdet av huvudspänningarna, utan beror endast på deras skillnad. En ökning eller minskning av huvudspänningarna med samma värde ändrar inte förutsättningarna för uppkomsten av plastisk deformation, d.v.s. övergången från det elastiska tillståndet till det plastiska tillståndet beror inte på den sfäriska tensorn, utan beror endast på spänningsavvikaren.

För ytterligare transformationer introducerar vi en dimensionslös kvantitet - den riktande spänningstensorn:
, uttrycker vi genom :
och ersätt i plasticitetsekvationen:

Efter transformationer får vi:

O
beteckna
, då kommer plasticitetsekvationen att ha formen:

Koefficient kallas Lode-koefficienten efter namnet på vetenskapsmannen,

Experimentellt verifierade ekvationen av plasticitet.

I den mån som
, är följande extremfall möjliga:

, då
och
;

, då
och ;

, då
och
;

de där. Lode-koefficienten tar värden från 1 till 1,15. I fallet när tar plasticitetsekvationen formen
, dvs. sammanfaller med Saint-Venants plasticitetstillstånd. I fall när
, är avvikelsen mellan plasticitetsförhållandena det maximala värdet (cirka 16%).