Пластичность и разрушение металлов при ОМД

Процессы ОМД возможны при условии, если деформируемые металлы обладают пластичностью, т.е. способностью необратимо изменять свою форму без разрушения.

Пластичность при ОМД зависит от структуры металлла, вида НДС, скорости деформации и температуры.

По виду ОМД предложено несколько критериев пластичности, однако наиболее теоретически обоснованным считается величина:

Критерий представляет собой отношение гидростатического давления (без знаменателя)

р = s 1 + s 2 + s 3

к интенсивности напряжений в точке разрушения

Он меняется от -¥до +¥. При +¥всегда хрупкое разрушение.

Разрушение многих материалов наступает тогда, когда количество дефектов (дислокаций и других) достигнет определенного значения. Это значение названо ресурсом пластичности.

Разрушение металла может быть хрупким и вязким. Хрупкое разрушение, или разрушение путем отрыва, происходит без заметной пластической деформации. Если же разрушению предшествует значительная пластическая деформация, то разрушение металла будет вязким. По виду оно отличается от хрупкого. Для хрупкого разрушения характерны трещины под углом 45⁰ к направлению действия главных напряжений, а вязкое разрушение происходит под углом 90⁰ к действующей нагрузке. В реальных технологических процессах обычно разрушение начинается как вязкое, но заканчивается как хрупкое. Наиболее надежные сведения о пластичности можно получить при испытаниях в обычных производственных условиях или в условиях, аналогичных производственным, с учетом масштабного фактора. Однако создать подобные условия не всегда представляется возможным. Поэтому для различных технологических процессов обработки металлов давлением широко используют соответствующие показатели пластичности. О пластических свойствах металла часто судят по результатам испытаний образцов на разрыв и кручение. Характеристикой пластичности в данном случае принимается относительное удлинение d, %, относительное сужение шейки y, %, и число закручиваний образца до его разрушения. Распространенным способом определения пластичности является «проба на осадку», когда пластичность оценивается деформацией осаживаемых цилиндрических образцов между параллельными плитами, при которой начинают появляться трещины Набоковой поверхности. Сопоставимые относительные характеристики пластичности различных металлов по деформации до разрушения можно определять также при прокатке клиновых образцов в цилиндрических валках, а также прокатке слитков или заготовок постоянного течения на клин в валках с эксцентрично врезанными ручьями.

Способность листового металла принимать пластическую деформацию в холодном состоянии определяется на приборе Эриксена. Вырезанный из листа кружок, зажатый по контуру, выдавливается в колпачок на винтовом прессе вручную до момента появления трещины в донышке колпачка. За относительную характеристику пластичности, т. е. способность данного металла к вытяжке, принимается глубина колпачка в миллиметрах, отвечающая началу образования трещины.

Пластичность металла существенно зависит от его химического состава, который в большинстве случаев является заданным в очень узких пределах как параметр, определяющий свойства продукта обработки. Наибольшую пластичность проявляют чистые металлы и их твердые растворы, наименьшую—химические соединения. При температурах обработки, близких к абсолютному нулю, металл принимает минимальную пластичность в силу уменьшения тепловой подвижности атомов. С другой стороны, при температурах, близких к плавлению металла, когда подвижность атомов становится слишком велика, можно ожидать нарушения границ зерен, т. е, наблюдать потерю пластичности металла. Наибольшую пластичность металлы имеют в интервале между температурой рекристаллизации и температурой плавления ТПЛ(ТР=0,47ТПЛ). Однако верхний предел должен быть ниже температуры окисления и разрушения границ зерен, чтобы не допускать потерю пластичности металла по этой причине.

На основании многочисленных исследований можно считать, что при горячей обработке влияние скорости деформации на пластичность металлов определяется совокупным действием двух факторов. С одной стороны, с ростом скорости деформации пластичность понижается, поскольку увеличивается интенсивность упрочнения, с другой стороны, при увеличении скорости деформации возрастает нагрев — значительная часть энергии деформации превращается в теплоту, что повышает температуру обрабатываемого тела. Это стимулирует развитие диффузионных процессов и разупрочнение и, следовательно, повышение пластичности, если, конечно, тепловой эффект деформации не повышает температуру обрабатываемого тела до температур перегрева.

Рассмотренные основные параметры ОМД, влияющие на пластичность металла и усилия деформирования, нельзя анализировать изолированно один от другого, так как в момент обработки они действуют совместно.

Следует также помнить, что некоторые способы обработки, повышающие пластичность металла, влекут за собой увеличение усилия, необходимого для деформации, а понижающие пластичность — уменьшение усилия деформации. Поэтому необходимо выбирать оптимальные условия обработки, учитывая силовые и энергетические параметры и влияние принятых технологических операций на качество изделия.