| Статистика |
|---|
Онлайн всього: 1 Гостей: 1 Користувачів: 0
|
|
Будова металів та фізична сутність пластичної деформації
Теорія обробки металів тиском - прикладна наука, основним завданням якої є розробка основ побудови оптимальної технології обробки, що забезпечує максимальну деформацію в кожній операції при мінімальній витраті енергії, отримання продукції високої якості.
В теорії обробки металів тиском вивчаються фізична природа пластичної деформації металів, вплив різних факторів на процес деформування, силове взаємодія між інструментом і деформованим металом, вплив пластич@ської деформації на будову і властивості оброблюваного матеріалу та ін.
При певних умовах охолодження рідкий метал твердне, перетворюючись в тіло правильної форми зі строго впорядкованим внутрішнім (атомних) будовою. Таке тіло називається монокристалом. Якщо в рідкому металі атоми перебувають в безперервному хаотичному русі, то в монокристалі вони під дією міжатомних сил розташовуються в певному порядку. Така будова називається кристалічним, воно схематично зображується кристалічною решіткою (рис. 2, а), яка являє собою цілком певний для кожного металу розташування центрів стійкої рівноваги атомів.Кристалічна будова металу визначається типом елементарної комірки і його параметрами (відстань між атомами).
На рис. 2 наведено три найпоширеніших типи елементарних комірок.Гранецентрованої кубічну решітку (рис. 2, в) має залізо при температурі від 910 до 1401'С, алюміній, свинець, мідь, срібло, золото та ін; об'ємно-центрированную кубічну (рис. 2, б) - залізо при температурі нижче 910'С, хром, вольфрам, молібден та ін; будову магнію, титану, берилію та інших визначається гексагональної плотноупакованной кристалічною решіткою (рис. 2, г).
Кристалізація металу в умовах виробництва починається одночасно в багатьох центрах. Тому після затвердіння такий метал складається з величезного числа окремих, міцно зрослися між собою кристалів - зерен (рис. 3, а). Таке тіло називають поликристаллитом, а будова - поликристаллическим.
Метали і сплави, застосовувані в машинобудуванні, і, зокрема, в ковальському виробництві, мають поликристаллическое будова. В цих металах і сплавах, як правило, присутні різні неметалеві включення у вигляді оксидів, нітридів, сульфідів і т. д. В силу того, що температура затвердіння неметалічних включень нижче, ніж металу, то в першу чергу кристалізуються полікристали, а потім тверднуть неметалеві включення, які розташовуються по границях зерен у вигляді тонких прошарків чи окремих включень різноманітної форми.Розміри зерен зазвичай складають 0,01 - 0,1 мм, але при повільному охолодженні металу їх розміри можуть досягати декількох міліметрів.
Властивості металів в чому залежать від їх кристалічної будови, розміру і форми зерен і неметалічних включень. Так, більш ніж дрібнозернистий метал, тим вище його механічні властивості, а метали, що мають гранецентрованої кристалічну решітку, володіють найбільш високими пластичними властивостями.
При обробці металів тиском під дією зовнішніх сил у заготівлі виникають напруги. Якщо ці напруги невеликі, то відбувається пружна, або оборотна, деформація. При такій деформації атоми металу зміщуються з положень стійкої рівноваги на дуже малі відстані, що не перевищують міжатомні (рис. 4, б). Після зняття навантаження атоми під дією міжатомної впливу повертаються в вихідні положення стійкої рівноваги (рис. 4, а). Форма тіла при цьому повністю відновлюється. При пружній деформації ніяких залишкових змін в металі не відбувається.Величина пружних деформацій дуже мала і становить тисячні частки відсотка.
Зі збільшенням зовнішнього навантаження в тілі напруги ростуть, що веде до збільшення зміщення атомів з положення стійкої рівноваги на відстані, значно перевищують міжатомні (рис. 4, в). Після зняття навантаження атоми займають нові місця стійкої рівноваги і тому форма тіла не відновлюється (рис. 4, г). Таке необоротне зміна форми тіла називається пластичною деформацією. Здатність металу піддаватися пластичної деформації називається пластичністю.Кількісно пластичність характеризується величиною максимальної залишкової деформації, яку можна повідомити металу до його руйнування. Пластичність, як буде показано нижче, залежить від умов деформування (температури металу, схеми навантаження та ін).
Пластична деформація полікристалічного металу складається з деформації внутрикристаллитной і деформації міжкристалітної.Розглянемо внутрикристаллитную деформацію. Пластична деформація в окремо взятому зерні відбувається в основному за рахунок ковзання одних тонких атомних шарів кристаліта (зерна) щодо інших (рис. 4, в, г). Зсуви відбуваються з особливим кристалографічних площин, які найбільш щільно упаковані атомами. Ці площини називають площинами ковзання.Наприклад, для металів з гранецентрованої кристалічною решіткою такий площиною є площина октаедра (див. рис. 2, в). Ковзання атомних шарів відбувається в першу чергу по тих площинах ковзання, напрямок яких становить 45' по відношенню до напрямку дії зусилля стиснення Р (рис. 3, а), так як по цих напрямках діють максимальні дотичні напруження т. Так, у зразку, наведеному на рис. 3, а, ковзання буде відбуватися в зернах 1, 2, 3, 4, 5, так як їх площині ковзання розташовані під кутом 45' до дії зусилля Р.В результаті пластичної деформації зерна витягуються в напрямку найбільшої течії металу і набувають витягнуту форму (рис. 3, в). Така структура називається строкової або полосчатой.
В процесі деформування зерна обертаються, переміщуються ковзанням відносно один одного - відбувається межкристаллитная деформація (рис. 3, б). При розворотах у все більшої кількості зерен площині ковзання отримують напрямок під кутом 45' до дії сили Р і в них також інтенсивно розвивається пластична деформація. Таким чином, заготівля в цілому піддається пластичній деформації.
Для одночасного зсуву однієї частини кристаліта щодо іншої потрібні напруги, в сотні і тисячі разів перевищують напруги, достатні для цього на практиці. Пов'язано це з тим, що в реальних металах є місця ослаблених міжатомних зв'язків і велику кількість шкідливих домішок. Тому ковзання в зернах відбувається не одночасно по всій площині ковзання, а послідовно, шляхом переміщення окремих груп атомів відносно інших, на що потрібні значно менші зсувні напруження.Ослаблення зв'язків між атомами обумовлено наявністю недоліків в будові реальних кристалітів, наприклад, відсутність або надлишок у вузлах решітки додаткових атомів. Такі недосконалості називають дислокаціями.
У процесі холодної пластичної деформації в металі виникають додаткові дислокації, утворюються осколки кристалітів, які, ускладнюючи подальшу деформацію, викликають збільшення міцності і твердості металу, зменшення пластичності і зміна його фізичних та хімічних властивостей. Так, електроопір і хімічна активність збільшуються, магнітна проникність і теплопровідність зменшуються. Сукупність змін механічних, фізичних і хімічних властивостей металу в результаті пластичної деформації називається наклепом або зміцненням.
Структура холоднодеформованого металу характеризується анізотропією (нерівністю) механічних властивостей у різних напрямках.
У процесі пластичної деформації одночасно з утворенням строкової структури і текстури деформації метал набуває також волокнисту будову. Волокнисту будову спостерігається у вигляді тонких смуг, що представляють собою витягнуті в напрямку найбільшої течії металу неметалеві включення або зони металу, що містять підвищену кількість домішок (рис. 4, б, в). Якщо строчечная структура може бути виявлена тільки під мікроскопом, то волокнисту будову спостерігається неозброєним оком.Очевидно, що однорідний метал, у якому відсутні домішки, після деформації не буде мати волокнистої будови.
При цілком певній для кожного металу максимальній величині пластичної деформації в них виникають мікропори і мікротріщини. При подальшому деформуванні тріщини розвиваються, зростають і призводять до руйнування металу. Таким чином, для кожного металу існує гранично допустима величина пластичної деформації, яка характеризує пластичні властивості металу.
Пластичні властивості залежать від умов деформування: температури оброблюваного металу, схеми навантаження (стискання, розтягування), ступеня і швидкості деформації та ін.
У виробничих умовах більшість металів і сплавів обробляють тиском в попередньо нагрітому стані, оскільки з підвищенням температури пластичність металу збільшується, а опір деформуванню знижується.
Залежно від температури обробки деформація може бути холодною, неповної гарячої та гарячої. На відміну від холодної пластичної деформації, докладно розглянутої вище, при неповній гарячої деформації відбувається часткове відновлення спотвореної кристалічної структури і зменшення залишкових напружень в металі. Пояснюється це деяким підвищенням активності атомів, оскільки розглянута деформація здійснюється при підвищеній температурі, приблизно при Т = (0,25...0,3)Тпл, де Тпл - абсолютна температура плавлення металу.Слід зазначити, що при неповній гарячої деформації метал, хоча і в меншій мірі, ніж при холодній, але все ж кілька зміцнюється й набуває строчечную і волокнисту структуру.
Гаряча пластична деформація характеризується тим, що в деформівній металі протікає процес рекристалізації. Рекристаллизация - це явище виникнення і зростання нових равноосных зерен з неспотвореної кристалічною структурою натомість деформованих. На рис. 5, а представлена фотографія мікроструктури холоднодеформованого металу та його структури після рекристалізації (рис. 5, б). Рекристаллизация повністю ліквідує строчечную структуру, і зміцнення металу не спостерігається. Температура, при якій відбувається процес рекристалізації, називається температурою рекристалізації.Встановлено, що для чистих металів температура рекристалізації Трек ≥ 0,4 Тпл.
На відміну від неповної гарячої, при гарячій пластичній деформації строчечная структура ліквідується, а волокнисту будову металу зберігається, так як витягнуті в момент деформування неметалеві включення рекристалізації не піддаються.
|
| Категорія: Ручна ковка | Додав: 28.09.2016
|
| Переглядів: 2353
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
