Пластическая деформация

Для пластической (остаточной) деформации металлам необходимо напряжение, которое больше предела его упругости (σ_упр.) и меньше предела прочности (σ_в), чтобы не появились трещины и не произошло разрушение. При обработке давлением металл испытывает напряжение сжатия а не растяжения. Однако, явление при сжатии податны напряжениям при растяжении. И предел упругости приблизительно одинаков, поэтому для определения области напряжений пластической деформации металла пользуются диаграммами растяжения, и границы этих деформаций лежат между σ_упр. и σ_в. Эти величины получены при статическом нагружении, тогда как нагружение при сжатии является динамическим. При динамической нагрузке сопротивление деформации повышается и для определения истинного напряжения необходимо ввести поправочный коэффициент 1,25 для гидравлических прессов (медленная деформация), и 2,5-3 для новесных и штамповочных молотов (быстрая деформация). Остаточная пластическая деформация является следствием сдвигов, происходящих внутри и по границам зерен при сжатии каждое зерно сплющивается, а при растяжении- вытягивается. Рассмотрим схему части металла, состоящую из 9 зерен (рис. 4,а). деформация (уменьшение высоты) составляет 1,2 мм. 50% в результате такой деформации зерна удлинились при большей степени отжатия зерна напоминают волокна, поэтому структуру деформированного металла называют волокнистой. При деформации сдвиг происходит по основным кристаллографическим плоскостям, называемым плоскостями скольжения. Такими плоскостями являются те, в которых расположено наибольшее количество атомов (рис.5). На рис 4, б плоскости сдвига показаны наклонными линиями, эти плоскости отделяют пластинки зерен друг от друга, причем сами пластинки по форме и размерам остаются неизменными. Деформация зерна происходит за счет сдвига по плоскостям скольжения. По мере увеличения степени деформации сопротивление сдвигу по плоскостям скольжения увеличивается и наступает момент когда такой сдвиг становится невозможным. Дальнейшая деформация происходит за счет вторичных плоскостей скольжения направленных по -другому. При сдвиге по вторичным плоскостям форма первичных пластинок нарушается, а зерна измельчаются. Кристаллическая решетка в каждом обломке зерна будет ориентирована по своему и сама решетка искозится по сравнению с исходной. Скольжение при пластической деформации может происходить как в одном направлении (рис. 6, а), так и в разных противоположных направлениях (рис. 6, б). Одна группа пластинок займет зеркально- противоположное положение относительно другой. Такую информацию называют двойникованием, а группы пластинок двойниками скольжения. Плоскость АА. Двойникование наблюдается при деформации латуни и аустенитных сталей. При деформации в холодном состоянии механические и физико-химические свойства непрерывно меняются. Твердость, прочность и хрупкость повышаются, а пластичность, вязкость и коррозионная стойкость понижаются. Это изменение свойства называется наклепом. Под действием инструмента, производящего давление, превышающей предел упругости металл течет. Под действием инструмента (рис.7) баек давит на заготовку с силой р и вызывает противодействие со стороны наковальни равной этой силе р. Частицы заготовки соприкасающиеся с байком и наковальней воспринимают это давление. Между байком и наковальней и этими частицами возникает трение, задерживающее горизонтальное перемещение частиц. Частицы 2 ряда оказываются заклинянными между частицами 1 ряда, что также сдерживает их перемещение и т.д. Причем в каждом последующем ряду количество частиц уменьшается. В вертикальном сечении заготовки эти частицы составляют треугольники. При ковке заготовок кватратного сечения заклинивающие частицы образуют пирамиды. А в заготовках цилиндрической формы образуют конусы. Фигуры, образованные заклинивающими частицами называют конусами скольжения.

Частицы, находящиеся в пределах конуса скольжения не могут выйти из него и поэтому течение (пластическая деформация металла) осуществляется за счет частиц, находящихся в не конуса скольжения. Действие конусов скольжения при этом подобно действию клиньев, внедряющихся в массу металла и тем самым деформирующих его. Поэтому металл течет из тех слоев, где в данный момент действуют конусы скольжения. Соотношение высоты и диаметра определяют окончательный вид после деформации. На рис.7 приведены различные стадии отжатия цилиндрической заготовки. Пока вершины конуса отстоят далеко друг от друга заготовка деформируется там, где скользят конусы. После встречи конусов возможно внедрение их друг в друга с разрушением вершин или скольжением одного по другому. В недостаточно пластичных металлах скольжение конусов может разрушить заготовку. Размеры конусов по мере обжатия постоянно увеличиваются в размерах.