2. Физические основы обработки металлов давлением

При всех технологических методах обработки металлов давлением происходит пластическая деформация. В поликристаллических телах - металлах - пластичес­кая деформация происходит главным образом за счет деформаций сдвига в отдель­ных кристаллитах (зернах). Поэтому вначале рассмотрите механизм пластической деформации монокристалла – скольжение и двойникование, а затем деформацию металла, имеющего поликристаллическое строение. Изменение кристаллической структуры металла при пластическом деформировании приводит к изменению его физико-механических свойств: увеличению прочности и твердости, снижению пластичности. Совокупность изменения свойств в результате изменения структуры при пластическом деформировании называют упрочнением или наклепом.

При нагреве металла, получившего упрочнение, увеличение энергии томов при определенной температуре приводит к качественному изменению структуры за­рождению и росту новых равноосных зерен с неискаженной кристаллической ре­шеткой взамен деформированных. Это явление называют рекристаллизацией, кото­рая происходит при определенных для каждого металла температурах. В зависимо­сти от температуры, при которой происходит процесс деформирования, различают деформацию холодную и горячую. Для холодной характерен наклеп или упрочне­ния, для горячей - рекристаллизация или разупрочнение. Рассматривая изменения в строении металла при пластическом деформировании, необходимо учитывать, что металлы содержат неметаллические включения, которые располагаются между зернами поликристалла. При деформировании эти включения вытягиваются вдоль направления деформации, обусловливая различие свойств металла в разных направлениях. Таким образом, свойства получаемых обработкой давлением изде­лий определяются условиями, при которых происходит пластическая деформация. От этих условий зависят и технологические свойства деформируемого металла - пластичность и сопротивление деформированию. Для получения изделий необходи­мой формы и качества необходимо знать основные законы пластического деформи­рования и влияние условий обработки на свойства деформируемого металла.

При разработке процессов обработки давлением считают, что объем металла до деформации равен объему металла после деформации (закон постоянства объема) и каждая точка деформируемого тела перемешается в направлении наи­меньшего сопротивления (закон наименьшего сопротивления). Перемещению ме­талла противодействуют силы трения, возникающие на поверхностях контакта деформирующего инструмента и металла заготовки. Трение изменяет схему прило­жения сил, оказывающих влияние на пластичность и сопротивление деформирова­нию металла. Эти свойства зависят также от химического состава сплава, его пред­шествующей обработки, температуры и скорости деформирования.

Литература: [1], разд. 3. гл. I, § 3.

Нагрев металлов перед обработкой давлением. Нагрев металла перед пласти­ческим деформированием производят с целью повышения его пластичности и уменьшения сопротивления деформированию. Каждый металл и сплав можно на­гревать до определенной температуры. Например, сталь 10 можно нагревать до 1250⁰ С а инструментальную сталь У10 - до 1150⁰ С. Превышение температур выше допустимой приводит к образованию в изделии того или иного брака {пере­грева, пережога). С уменьшением температуры пластичность металла снижается, сопротивление деформированию увеличивается, уменьшается интенсивность окис­ления поверхности.

Нагрев металла перед обработкой давлением является важной вспомогатель­ной операцией, от которой в значительной степени зависит качество, производительность и стоимость готовой продукции. Поэтому к нагреву предъявляют такие требования, как равномерность температуры но сечению заготовки, ее минималь­ное окисление и обезуглероживание. Большое значение для качества металла имеет скорость нагрева: при медленном нагреве снижается производительность, увеличи­вается окисление и обезуглероживание; при быстром - в заготовке появляются трещины. Склонность к образованию трещин тем больше, чем больше размеры за­готовки и меньше теплопроводность металла.

Большая номенклатура нагреваемых заготовок и условий производства обус­ловливает многообразие применяемых нагревательных устройств, которые делят на печи и электронагревательные устройства. Знакомясь с принципом их работы и конструкцией, обратите внимание на технологические возможности печей и элек­тронагревательных устройств и области их рационального применения.

Литература: [1], разд. 3, гл. 11, § 1 - 2.