Diagram napetostnega stanja. Napeto stanje je označeno z vzorcem glavnih napetosti v majhni prostornini, izolirani v deformabilnem telesu. Z vso pestrostjo pogojev tlačne obdelave v različna področja deformabilno telo, lahko nastanejo naslednji vzorci glavnih napetosti (normalno usmerjene napetosti, ki delujejo v medsebojno pravokotnih ravninah, na katerih so tangencialne napetosti nič) (slika 17.2): štiri volumetrične (A), tri stanovanje(6) in dva linearna(V). Za vsako vrsto tlačne obdelave prevladuje ena od predstavljenih shem.

Za stiskanje, valjanje, vroče žigosanje in kovanje je značilno vsestransko neenakomerno stiskanje. Ta shema obremenitve je najugodnejša z vidika doseganja največje stopnje plastične deformacije.

Med žigosanjem in vlečenjem listov se izvaja shema dvostranskega stiskanja z napetostjo.

Odvisno od aktivne sile in razmerje njunih vrednosti, telo doživi deformacijo. Običajno imenujemo niz deformacij, ki se pojavljajo v različnih smereh v prostoru deformirano stanje.

Diagram glavnih deformacij lahko poda idejo o naravi spremembe strukture izvornega materiala, smeri raztezka meja zrn in zrn. Struktura dobi značaj vrstice za vrstico. Meje zrn, nečistoče in nekovinski vključki, ki jih vsebujejo, se izvlečejo in tvorijo vlakna (glej sliko 17.1). Te spremembe v deformirani kovini je mogoče vizualno zaznati po jedkanju, saj imajo makroskopske dimenzije.

Po tlačni obdelavi kovina pridobi izrazito anizotropijo lastnosti. Hkrati so lastnosti trdnosti

riž. 17.2.

A - volumetrični; b - stanovanje; V - linearna natezna trdnost, meja tečenja v razne smeri- spreminjajo se manj kot plastični - relativni raztezek, udarna trdnost in celo odpornost proti obrabi.

Vse naštete lastnosti so večje v smeri vlaken kot počez. Pri načrtovanju obremenjenih delov, dobljenih s plastično deformacijo, je priporočljivo upoštevati nastalo anizotropijo lastnosti. V nekaterih primerih lahko upoštevanje teh lastnosti znatno poveča vzdržljivost delov in zmanjša njihovo težo.

Vpliv kemijske in fazne sestave. Različne kovine in njihove zlitine imajo različne indekse duktilnosti in so enako odporne na plastično deformacijo. Vendar imajo čiste kovine vedno večjo plastičnost kot njihove trdne raztopine, enofazne strukture pa so bolj plastične od dvofaznih, še posebej, če se te faze razlikujejo po mehanskih lastnostih. Enako velja za prisotnost težko topnih kemičnih spojin v kovinah.

Kakršne koli kemične nehomogenosti, segregacije in raztopljeni plini znatno zmanjšajo sposobnost kovine za plastično deformacijo, zlasti pri visokih temperaturah.

V zvezi z zlitinami železa in ogljika je treba posebej poudariti slab vpliv tudi majhne količine žvepla in fosforja.

Vpliv temperature. pri nizke temperature Plastičnost kovine se zmanjša zaradi zmanjšanja toplotne mobilnosti atomov. Z naraščajočo temperaturo se plastičnost poveča, odpornost proti deformacijam pa se zmanjša (slika 17.3). Krivulje sprememb duktilnosti in trdnosti niso vedno monotone; Praviloma lahko v temperaturnem območju faznih transformacij pride do rahlega povečanja trdnosti in zmanjšanja plastičnih lastnosti kovin. Skoraj vse kovine in zlitine v temperaturnem območju blizu temperature

riž. 173. Vpliv temperature segrevanja jekla na njegove plastične lastnosti (e) in odpornost na plastično deformacijo (a b) lidusa razkriva močan padec plastičnih lastnosti - tako imenovano temperaturno območje krhkosti (TIB). V tem območju so plastične lastnosti blizu vrednosti nič. To je razloženo z dejstvom, da se pri teh temperaturah meje zrn in medkristalne plasti, ki se tam nahajajo, vključno s taljivimi nečistočami, zmehčajo ali stopijo in že majhna deformacija vodi do njihovega uničenja. Čim čistejša je kovina, tem krajše je temperaturno območje krhkega stanja in čim bližje je ravnotežni temperaturi solidusa.

Učinek hitrosti deformacije. Hitrost deformacije materiala med tlačno obdelavo v veliki meri določa hitrost gibanja deformirnega orodja, čeprav ji ni enaka. Za stopnjo deformacije bi bilo pravilneje vzeti vrednost relativne spremembe velikosti telesa na enoto časa v smeri delujoče sile, tj.

kjer cf - Povprečna hitrost orodje med deformacijo;h c r - Povprečna vrednost deformacija.

Običajno se povprečna stopnja deformacije za različne postopke tlačne obdelave (tabela 17.1) spreminja v območju KG 12 - 10-V 1.

Vpliv hitrosti deformacije na plastičnost kovine je dvoumen. Pri obdelavi s pritiskom v vročem stanju povečanje stopnje deformacije zmanjša duktilnost kovine. To še posebej velja pri obdelavi magnezijevih in bakrovih zlitin ter visoko legiranih jekel. Manj opazen slab vpliv povečanje stopnje deformacije pri obdelavi aluminijevih zlitin, nizkolegiranih in ogljikovih jekel.

Pri obdelavi s pritiskom v hladnem stanju povečanje stopnje deformacije nad določenimi vrednostmi povzroči povečanje

Tabela 17.1

Povprečne stopnje deformacije za različne vrste oprema za tlačno obdelavo

sprememba temperature kovine, ki se obdeluje, zaradi sproščanja znatne torne toplote na drsnih ravninah, ki nima časa za širjenje v vesolje. Povišanje temperature povzroči mehčanje in povečanje plastičnih lastnosti. Ta učinek je lahko zelo pomemben. Na primer, med tlačno obdelavo z eksplozivnimi napravami je mogoče dobiti zelo pomembne plastične deformacije v hladni kovini.

Testna vprašanja in naloge

• 1. Kakšen je mehanizem plastične deformacije?
• 2. Kako prisotnost dislokacij vpliva na odpornost na plastično deformacijo?
• 3. Primerjaj lastnosti litine in plastično deformirane kovine.
• 4. Pri kateri shemi obremenitve je mogoče doseči največjo vrednost plastične deformacije?
• 5. V katerem temperaturnem območju se nahaja temperaturno območje krhkosti in kaj pojasnjuje zmanjšanje plastičnih lastnosti kovine v tem območju?

Postopki preoblikovanja kovin temeljijo na sposobnosti kovinskih materialov, da pod vplivom uporabljene obremenitve preidejo v plastično stanje. Zato je za najbolj racionalno izbiro tehnološkega postopka potrebno poznati dejavnike, s katerimi je mogoče kontrolirati plastičnost.

Plastičnost - sposobnost kovine, da spremeni svojo obliko pod obremenitvijo brez uničenja in jo obdrži po odstranitvi obremenitve.

Glavni dejavniki, ki vplivajo na duktilnost kovin med tlačno obdelavo, so:

• sestava in struktura deformirane kovine;
• diagram napetostnega stanja med deformacijo;
• temperatura deformacije;
• neenakomerna deformacija;
• hitrost deformacije;
• stopnja deformacije;
• način toplotne obdelave.

Razmislimo o vplivu vsakega od teh dejavnikov.

Sestava in struktura deformirane kovine. Praviloma imajo čiste kovine največjo duktilnost. Vendar pa zaradi nizke trdnosti v čista oblika kovine se skoraj nikoli ne uporabljajo za proizvodnjo izdelkov. Zato se kovinam dodajo druge kovine, da se ustvari nabor zahtevanih lastnosti. kemični elementi(legirni dodatki). Poleg tega kovine običajno vsebujejo primesi – kemične elemente, ki pridejo v kovino med pridobivanjem iz rude, taljenjem, segrevanjem itd. Postopek čiščenja nečistoč je pogosto zapleten ali negospodaren, zato je njihova vsebnost v zlitinah običajno omejena in njihove dopustne meje določene. .vsebnost ustrezne zlitine v znamki. V jeklih, na primer, nečistoče, kot so Bn, Pb, Bb, B, P, H, O itd., Močno zmanjšajo duktilnost, skoraj netopne v železu in se nahajajo vzdolž meja zrn, kar oslabi vez med njimi. Poleg tega so tališča teh elementov in njihovih evtektičnih spojin z železom znatno nižja od tališč samega železa. Zato lahko med vročo deformacijo vsebnost teh nečistoč nad dovoljenimi mejami zaradi taljenja povzroči popolna izguba duktilnost jekla. Tako povečana vsebnost žvepla v jeklu povzroči nastanek razpok med obdelavo z vročim pritiskom. Ta pojav se imenuje "rdeča krhkost". Upoštevati je treba, da je razlika med legirnim elementom in škodljivo primesjo precej poljubna. Tudi pri eni kovini, ki tvori osnovo zlitine, lahko isti element deluje v zlitini tako kot legirni element kot kot primes. Na primer, v številnih deformabilnih aluminijevih zlitinah je silicij škodljiv in njegova vsebnost je omejena, vendar obstajajo aluminijeve zlitine, v katerih je silicij glavni legirni dodatek, na primer zlitine za litje silumina.

Na duktilnost zlitin močno vpliva njihova struktura. Med zlitinami je za trdne raztopine običajno značilna največja plastičnost. Heterogenost (heterogenost) strukture zlitine vodi do zmanjšanja duktilnosti. Ob enaki kemični sestavi je enofazna zlitina bolj duktilna kot dvofazna zlitina, saj imajo v dvofazni zlitini faze različne mehanske lastnosti in deformacija poteka neenakomerno. Drobnozrnat material je bolj duktilen od grobozrnatega materiala, deformiran obdelovanec pa je bolj duktilen kot ingot, saj je struktura ulitka slednjega bolj groba, heterogena v kemični sestavi in ​​ima vključke in druge napake izvora litja.

Diagram napetostnega stanja med deformacijo. Ugotovljeno je bilo, da lahko kovinski materiali pri spreminjanju deformacijskih pogojev prehajajo iz krhkega stanja v plastično stanje in obratno. Zato je bolj pravilno domnevati, da v naravi ni teles s konstantno stopnjo lastnosti, ampak obstajajo krhka in plastična stanja snovi, ki jih določajo pogoji obremenitve med deformacijo. Hkrati povečanje deleža tlačnih napetosti med deformacijo poveča duktilnost obdelane kovine. Kovinski materiali kažejo največjo duktilnost pri vsestranskem stiskanju. V tem primeru so intergranularna gibanja ovirana in vse deformacije se izvajajo zaradi intragranularnega gibanja dislokacij. S pojavom nateznih napetosti v vezju se duktilnost zmanjša. Kovine imajo najmanjšo duktilnost pri vsestranski napetosti. V tehnoloških procesih preoblikovanja kovin se z redkimi izjemami poskušajo izogniti takšni shemi napetostnega stanja.

Temperatura deformacije. Najmanjšo plastičnost kovin opazimo pri temperaturah blizu absolutne ničle na Kelvinovi lestvici zaradi nizke toplotne mobilnosti atomov. Približno v temperaturnem območju od 0 do (0,2-0,25) G w „, kjer je G pl temperatura taljenja v absolutni lestvici, se deformacija imenuje hladna. Pri teh temperaturah lahko prezremo redukcijske procese v kovinah, kot je predelava. Z naraščajočo temperaturo se povečuje plastičnost kovin. V tem primeru je deformacija kovine pri povišane temperature za katero je značilen hkratni pojav procesov strjevanja in mehčanja. Redukcijski procesi, ki zmanjšajo gostoto dislokacij med vročo deformacijo in vodijo do zmanjšanja trdnosti, so lahko le okrevanje ali okrevanje in rekristalizacija. Postopki mehčanja pri vročem deformiranju so podobni procesom mehčanja pri žarjenju po hladnem deformiranju. Tako se med okrevanjem gostota dislokacij zmanjša zaradi povečanja njihove mobilnosti in spremlja poravnava dislokacij v stene (poligonizacija), med rekristalizacijo pa se dislokacije premaknejo s premikajočimi se visokokotnimi mejami. Ker imajo obnovitveni procesi, ki se pojavljajo med procesom deformacije, svoje značilnosti, je pravilneje uporabljati izraze dinamično vračanje(v

številka, dinamična poligonizacija) In dinamična rekristalizacija, v nasprotju s statičnimi procesi okrevanja in rekristalizacije, do katerih pride med žarjenjem po deformaciji. Za čiste kovine se vrnitev pokaže pri temperaturah nad (0,25 - 0,30) G PL. Prisotnost nečistoč v kovini ovira gibanje dislokacij in poveča temperaturo povratka. Pojav okrevanja med procesom deformacije zmanjša odpornost kovine na deformacijo in poveča njeno plastičnost, hkrati pa še vedno opazimo utrjevanje kovine, čeprav je njegova intenzivnost manjša kot pri hladni deformaciji.

Postopek rekristalizacije po formuli A. A. Bochvarja za čiste kovine se začne pri temperaturi približno 0,4 G 11L. Nečistoče dvignejo to temperaturo. Dinamična rekristalizacija se od statične rekristalizacije razlikuje po tem, da nastala kristalizirana zrna z nizko gostoto dislokacij postopoma postanejo utrjena med rastjo, saj se gostota dislokacij v njih povečuje zaradi nenehne deformacije. Področja, ki so se prva prekristalizirala, se začnejo prej utrjevati in v njih se hitreje doseže kritična gostota dislokacij, ki je potrebna za nukleacijo novih rekristaliziranih zrn, ki se nato utrdijo itd. Večkratno ponavljanje ciklov dinamične rekristalizacije in utrjevanja rekristaliziranih zrn. je značilna konstantna povprečna velikost zrn. Grafi odvisnosti resnične napetosti od resnične deformacije, predstavljeni tako za dinamično okrevanje kot za dinamično rekristalizacijo (slika 2.6), so po stopnji deformacijskega utrjevanja označeni s stopnjo enakomernega toka.

Pri izbiri načina deformacije je treba upoštevati, da pri temperaturah blizu tališča kovine, pregreti oz izgorel. Prvi pojav je, da se po doseganju najvišjih vrednosti v območju kolektivne rekristalizacije začne plastičnost postopoma zmanjševati zaradi napredne kolektivne rekristalizacije, kar na tej stopnji vodi do nastanka pretirano grobih zrn. Pri zelo visokih temperaturah se lahko moč in duktilnost močno zmanjšata, kar je posledica izgorelosti - močne intergranularne oksidacije in včasih delnega taljenja nečistoč na mejah zrn. Če je prvo vrsto napake mogoče odpraviti z večkratno toplotno obdelavo obdelovanca, se izgorelost šteje za nepopravljivo napako in se tak obdelovanec pošlje v ponovno taljenje. Tako imajo kovine največjo plastičnost v območju od temperature rekristalizacije do temperature taljenja. Vendar mora biti zgornja meja pod temperaturo oksidacije meja zrn. Pomemben strukturni parameter v izdelku, pridobljenem z deformacijo pri temperaturi nad

Rekristalizacija ture je velikost zrn, ki močno vpliva na mehanske lastnosti izdelkov. Odvisnost velikosti zrn v kovinah po deformaciji, ki ji sledi rekristalizacija, na eni strani od temperature in na drugi strani od stopnje deformacije je običajno predstavljena z diagrami volumetrične rekristalizacije (slika 2.7), ki so zgrajeni na podlagi o rezultatih posebej izvedenih poskusov. Ti diagrami so specifični za vsako kovino in zlitino in se uporabljajo za izbiro temperaturni režim deformacija.

B, MPa

B, MPa

riž. 2.6. Odvisnost prave napetosti 5 od prave deformacije e (številke na krivuljah so hitrosti deformacije, s -1): A- železo Armco, 700 °C;

6 - jeklo z 0,25% C

Neenakomerna deformacija. Glavni razlogi, ki povzročajo neenakomerno porazdelitev napetosti in deformacij v telesu, ki se obdeluje, so heterogenost. fizične lastnosti obdelovan material, kontaktno trenje, oblika obdelovanca in delovnega orodja.

V pogojih neenakomerne deformacije so posamezni elementi telesa deležni različnih sprememb velikosti. Ker telo, ki se obdeluje, sprejme neprekinjen medij, tista področja, ki so deležna večje deformacije, nekoliko vplivajo na področja z manjšo deformacijo in obratno. Zaradi tega se v telesu pojavijo medsebojno uravnotežene dodatne napetosti, ki niso določene s shemo napetega stanja, ki jih povzročajo neposredno zunanji vplivi sil. Dodatne napetosti lahko pod določenimi pogoji

pogoji obdelave spremenijo diagram napetostnega stanja deformabilnega telesa. Še posebej nevarno je, da se na nekaterih delih telesa pojavijo natezne napetosti, ki lahko povzročijo uničenje obdelovanca, čeprav splošna shema Napetostno stanje je izraženo s shemo vsestranskega stiskanja, ki je ugodna za manifestacijo plastičnosti.

riž. 2.7.

Dodatne napetosti, ki so medsebojno uravnotežene v prostornini deformabilnega telesa (obdelovanca), lahko razdelimo na tri vrste: napetosti prve vrste (conske), uravnotežene med posameznimi conami ali deli obdelovanca; napetosti druge vrste, uravnotežene med posameznimi zrni obdelovanca; napetosti tretje vrste, uravnotežene v enem zrnu. Primer neenakomerne deformacije je tvorba soda med stiskanjem, ki nastane kot posledica trenja med orodjem in vzorcem.

Hitrost deformacije. Pri preoblikovanju kovin ločimo dve hitrosti: hitrost deformacije ali hitrost gibanja delovnega dela stroja (glava kladiva, drsnik stiskalnice itd.) In hitrost deformacije co ali sprememba stopnje deformacije r na enoto čas, ki se lahko izračuna po naslednji formuli:

Hkrati se pri tradicionalnih vrstah preoblikovanja kovin razpon hitrosti deformacije spreminja v območju od 10 1 do 10 5 s ". Ta vrednost je primernejša za opis vpliva pogojev hitrosti deformacije na plastičnost, saj ne odvisno od velikosti obdelovanca, ki se obdeluje.V zvezi s tem je mogoče pravilno primerjati različne procese preoblikovanje kovin, pri katerem je mogoče deformirati obdelovance, ki tehtajo več gramov, in na primer večtonske ingote. V prvem približku je večja kot je deformacijska stopnja, manjša je plastičnost. Vendar je treba upoštevati segrevanje kovine zaradi toplote, ki nastane pri deformaciji. Poleg tega višja kot je stopnja deformacije, večja je intenzivnost segrevanja. Zato, ko hladno obdelan nizke stopnje deformacije imajo majhen vpliv na plastičnost. Visoke hitrosti zagotavljajo segrevanje deformiranega telesa, kar spodbuja razvoj difuzijskih procesov in posledično nekaj obnove plastičnosti kovine.

Med vročo obdelavo ima hitrost deformacije manjši učinek na duktilnost kot pri hladni obdelavi, saj je ojačitev zaradi deformacije prekrita z delovanjem visoke temperature, kar spodbuja pojav mehčalnih procesov zaradi pospeševanja difuzijske mobilnosti atomi.

?= Nlr.*100 %

riž. 2.8. Odvisnost mehanskih lastnosti aluminijeve zlitine D1 od stopnje stiskanja pri hladnem valjanju

Stopnja deformacije. Običajno kaljenje razumemo kot utrjevanje med tlačno obdelavo.

V širšem smislu utrjevanje - to je zbirka strukturne spremembe in s tem povezane spremembe lastnosti med plastično deformacijo. Pri hladnem preoblikovanju se z naraščajočo stopnjo deformacije povečajo kazalniki odpornosti proti deformaciji (natezna trdnost, meja tečenja in trdota), zmanjšajo pa se kazalniki plastičnosti (relativni raztezek in krčenje) (slika 2.8). Ko se kovina deformira s stopnjo deformacije več kot 50-70%, se začasna odpornost in trdota običajno povečata za en in pol do dva, včasih pa trikrat, odvisno od narave kovine in vrste obdelave s tlakom. . Majhne deformacije (do 10%) praviloma veliko močneje vplivajo na mejo tečenja kot na začasno natezno trdnost. Pri visokih stopnjah deformacije se lahko meja tečenja številnih zlitin poveča za 5-8 krat ali več.

Relativni raztezek se močno zmanjša že pri relativno majhnih deformacijah. Huda deformacija, ki jo spremlja povečanje natezne trdnosti in trdote za 1,5-2 krat, lahko zmanjša relativni raztezek za 10-20, včasih pa za 30-40-krat ali več.

Povečanje deformacijske odpornosti in zmanjšanje plastičnosti s povečanjem stopnje predhodne hladne deformacije se pojavi kot posledica povečanja gostote dislokacij. V hladno obdelani kovini je zaradi povečane gostote dislokacij oteženo drsenje obstoječih dislokacij, kakor tudi nastanek (nastajanje) in drsenje »novih« dislokacij.

Vroča obdelava ima šibkejši učinek na plastičnost, saj se s povišanjem temperature aktivirajo difuzijski procesi, ki jih spremlja povratna ali rekristalizacija, kar vodi do delne ali popolne obnove plastičnosti.

Način toplotne obdelave. Za pridobitev določenega izdelka s tlačno obdelavo je treba obdelovanec deformirati do določene stopnje deformacije. Obstajajo primeri, ko je doseganje takšne stopnje deformacije v eni operaciji (en prehod med valjanjem, ena operacija vlečenja med žigosanjem pločevine itd.) Težko ali nemogoče. Zato tehnološki proces so razdeljeni na več operacij, na primer naredijo več prehodov med vtiskovanjem pločevine ali več prehodov med valjanjem itd. Za delno ali popolno obnovitev plastičnosti po postopku tlačne obdelave uporabite različni tipi vmesna toplotna obdelava. Pri jeklih je to lahko žarjenje: predrekristalizacija ali rekristalizacija. Za nekatere kovane aluminijeve zlitine je mogoče uporabiti kaljenje. Vrsta toplotne obdelave in njen način sta izbrana glede na naravo zlitine, stopnjo deformacije, temperaturo deformacije itd.

To je postopek pridobivanja obdelovancev ali delov pod silo orodja na prvotni obdelovanec iz prvotnega materiala.Osnova vseh procesov tlačne obdelave je sposobnost kovin in njihovih zlitin, da se pod vplivom zunanjih sil plastično deformirajo brez zloma. . Oblikovanje plastike je tehnologija z malo odpadki, visoka produktivnost, nizki stroški in visoka kakovost izdelkov so privedli do široke uporabe teh postopkov. Plastična deformacija je sprememba oblike in velikosti telesa pod vplivom napetosti. Kovine so polikristalne. Sprememba oblike kovine med plastično deformacijo nastane kot posledica plastične deformacije vsakega zrna. Pred deformacijo je bila oblika zrn okrogla. Med procesom deformacije se zrna raztegnejo v smeri delujočih sil in tvorijo vlaknasto, plastovito strukturo; takšna usmerjenost zrn se imenuje deformacijska tekstura. Večja kot je stopnja deformacije, večja je stopnja teksture; narava strukture je odvisna od narave materiala in deformacije vode. Tvorba teksture prispeva k pojavu heterogenosti kovinskih in fizikalnih lastnosti. S povečanjem stopnje deformacije se lastnosti trdnosti: trdota in trdnost povečajo, plastične lastnosti pa se poslabšajo; pojav utrjevanja deformirane snovi imenujemo utrjevanje. Stanje hladno obdelane kovine ni stabilno, zato se pri segrevanju takšne kovine v njej pojavijo rekristalizacijski procesi, ki povzročijo vrnitev vseh lastnosti na lastnosti kovine pred deformacijo. Rekristalizacija je tvorba novih zrn. Hkrati se poveča trdota in zmanjša gostota. Če segrejete kovino, se bo kovina povrnila v obratno stanje. Temperatura, pri kateri se začne proces rekristalizacije, se imenuje temperaturni prag rekristalizacije. Obstajajo vroče in hladne deformacije. Hladno deformacijo pri temperaturah pod rekristalizacijsko temperaturo spremlja delovno utrjevanje. Pri nepopolni hladni deformaciji rekristalizacija ne pride. Plastičnost se poveča v primerjavi s hladno deformacijo. Uporablja se za hladno oblikovanje pri visokih hitrostih. Nepopolna vroča deformacija: rekristalizacija se ne pojavi v celoti. Posledica je heterogenost strukture, ki lahko privede do uničenja. Takšna deformacija je najverjetneje pri temperaturi, ki ni bistveno višja od temperature, pri kateri se začne rekristalizacija. Med obdelavo s pritiskom se je treba tej temperaturi izogibati. Vroča deformacija se imenuje, če se izvaja pri temperaturi nad temperaturo rekristalizacije, da dobimo popolnoma rekristalizirano strukturo; vroča plastična deformacija izboljša lastnosti kovine, poveča se gostota kovine, privarijo se krčenje in plinske votline.

30) Preoblikovanje kovin, klasifikacija vrst. Glavne metode tlačne obdelave: 1) Valjanje - stiskanje kovine z vrtečimi se valji. Izdelujejo: pločevino, tirnice, cevi 2) vlečenje - vlečenje obdelovanca skozi luknjo orodja za izdelavo žičnih palic 3) stiskanje - iztiskanje kovine iz votline orodja 4) kovanje - zaporedno deformiranje kovine pod udarci kladiva. Prejmite: gredi, zobnike z velikim premerom 5) žigosanje - proces deformiranja kovine v votlini matrice. Segrevanje kovine pred tlačno obdelavo. Glavni namen ogrevanja je povečati duktilnost kovine, ki se obdeluje, zmanjšanje njene odpornosti proti deformacijam zaradi ogrevanja pa je odvisno od kakovosti izdelkov, produktivnosti opreme in proizvodnih stroškov. Glavne zahteve za ogrevanje so enakomerno segrevanje obdelovanca v minimalnem času z najmanjšo izgubo kovine zaradi odpadkov. In poraba goriva, neskladje ustaljeni način segrevanje lahko povzroči okvare (razpoke, pregrevanje, izgorelost, oksidacija, razogljičenje). Izbira načina ogrevanja. Temperatura segrevanja, hitrost segrevanja in čas segrevanja). Odvisno od lastnosti jekla, oblike in velikosti obdelovanca ter smeri prenosa toplote. Temperaturno območje ogrevanja, v katerem je priporočljivo vroče oblikovanje, se imenuje temperaturno območje kovanja. Ko je duktilnost kovine največja, jo določa razlika med začetno temperaturo kovanja (pod temperaturo taljenja) in končno temperaturo (nad temperaturo rekristalizacije). Ta interval je odvisen od kemična sestava in osnovna kovina. Za povečanje plastičnih lastnosti kovine je koristno, da jo segrejemo čim višje. Kovanje je treba zaključiti pri najnižji temperaturi, pri kateri je deformacija še vroča in se ne pojavi hladno utrjevanje. Hitrost segrevanja kovine je odvisna od toplotne prevodnosti kalupa in velikosti obdelovanca, temperature peči in lokacije obdelovanca v peči. Čas segrevanja obdelovanca je odvisen od temperature v kurišču, kemijske sestave preseka obdelovancev in njihove lege v kurišču. Peči (oljni plin, talilne) in električne (kontaktne in indukcijske. Pri segrevanju se uporabljajo neoksidacijske metode segrevanja: 1) segrevanje v kopeli s staljeno mešanico soli se v omejenem obsegu uporablja za segrevanje majhnih obdelovancev na temperaturo, ki ni nad 1050 stopinj 2) segrevanje v talini staljenega stekla do 1300 stopinj 3) segrevanje v pečeh, napolnjenih z zaščitnim plinom.

Superplastičnost ni lastnost posebnih zlitin in se ob ustrezni pripravi strukture in pod določenimi deformacijskimi pogoji kaže v veliko število tlačno obdelane zlitine.

Znanih je veliko zlitin na osnovi magnezija, aluminija, bakra, titana in železa, katerih deformacija je možna v režimih superplastičnosti.

Superplastičnost se lahko pojavi le pod pogojem, da med deformacijo (raztezanjem vzorca) ne nastane lokalna deformacija.

Ko je deformacija lokalizirana v vzorcu, pride do lokalnega tanjšanja vratu, ki se razmeroma hitro uniči.

Za idealno viskozno (newtonsko) trdne snovi t = 1 in raztezek ne sme spremljati nastanek vratu. Pri navadni plastični deformaciji t< 0,2, а в условиях сверхпластической деформации т >0,3 (običajno 0,4-0,7).

Ko se med superplastično deformacijo začne zvijanje, se e poveča v tem delu vzorca in zaradi visoka vrednost t poveča se upor proti pretoku, zaradi česar se preneha nastajanje vratu. Ta proces se nenehno ponavlja, kar ima za posledico nastanek tako imenovanega tekočega vratu (erodirani vratovi), ko se premika vzdolž dolžine vzorca, ne da bi povzročil lokalno stiskanje. S takšno kvazienakomerno deformacijo dosežemo zelo velike raztezke, ko vzorec raztegnemo.

Postopek superplastične deformacije

Strukturna superplastična deformacija nastane predvsem zaradi drsenja meja zrn, čeprav v določeni meri obstaja tudi intragranularno dislokacijsko drsenje.

Problem ustvarjanja industrijskega konstrukcijskega superplastičnega materiala je predvsem pridobivanje ultrafinih enakoosnih zrn in njihovo ohranjanje med superplastično deformacijo.

Stabilizacijo velikosti zrn dosežemo: 1) z uporabo dvofaznih zlitin z volumetričnim faznim razmerjem 1: 1; v tem primeru pride do največjega razvoja medfazne površine, kar zagotavlja medsebojno zaviranje rasti faznih zrn; 2) uporaba razpršenih oborin, ki so ovira za premikanje meja zrn. Trenutno se cink-aluminij pogosteje uporablja za obdelavo v stanju superplastičnosti.
visoko legirana CA22 (22% Al), titanove zlitine, dvofazne zlitine bakra in cinka (medenina), aluminijeve zlitine, sestavljene iz a-raztopine in razpršenih delcev Al 3 Zr, in nekatere druge.

Pojav superplastičnosti v industriji se uporablja pri volumetričnem izotermičnem žigosanju in pnevmatskem oblikovanju. Superplastičnost omogoča, da postopek žigosanja proizvede dele kompleksnih oblik v eni operaciji, poveča stopnjo izkoriščenosti kovine in zmanjša delovno intenzivnost in stroške izdelave izdelkov. Pomanjkljivost je potreba po segrevanju matric na temperaturo obdelave in nizka stopnja deformacije.

Na sl. Slika 2.9 prikazuje grafe vpliva hladne deformacije na duktilnost S, natezno trdnost a b in trdoto HB nizkoogljičnega jekla. Iz grafov je razvidno, da že pri deformaciji 20% pride do zmanjšanja duktilnosti kovine za 3-krat, povečanja trdote in trdnosti za približno 1,3 ... 1,4-krat. Posledično je v hladnem stanju iz tega jekla nemogoče dobiti odkovke kompleksnih oblik, saj se bo kovina med deformacijo zrušila zaradi nizke duktilnosti.

Za povečanje kovnosti se kovine, ki se obdelujejo, segrejejo. Z naraščajočo temperaturo se poveča plastičnost in zmanjša odpornost kovin na deformacijo. Kot primer upoštevajte vpliv temperature na duktilnost 5 in natezno trdnost a v jeklu z vsebnostjo ogljika 0,42% (slika 2.10). Ko se temperatura deformacije poveča od 0 do 300 °C, se odpornost proti deformaciji rahlo poveča, nato pa pri 1200 °C pade s 760 na 10 MN/m2, to je skoraj 76-krat. Nasprotno, duktilnost tega jekla se s povišanjem temperature od 0 do 300 °C najprej zmanjša, nato močno naraste do temperature 800 °C, nato nekoliko upade in z nadaljnjim povišanjem temperature spet . poveča. Pojav zmanjšane plastičnosti pri 300 °C imenujemo modra krhkost, pri 800 °C pa rdeča krhkost. Modro krhkost je razložena z izločanjem drobnih karbidnih delcev vzdolž drsnih ravnin, ki povečujejo odpornost proti deformacijam in zmanjšujejo duktilnost. Rdeča krhkost se pojavi zaradi tvorbe v kovini večfaznega sistema z zmanjšano duktilnostjo. To stanje je značilno za nepopolno vroče preoblikovanje. Pri temperaturah modre krhkosti in rdeče krhkosti je še posebej nezaželeno deformirati jeklo, saj lahko med kovanjem na obdelovancu nastanejo razpoke in posledično napake izdelka.

Različne kovine in zlitine se obdelujejo s pritiskom v zelo specifičnem temperaturnem območju AT = Tb ~ Tl, kjer sta Tb in Tn zgornja oziroma spodnja temperaturna meja tlačne obdelave kovine.

Deformacija kovine pri temperaturah pod Tn zaradi zmanjšanja duktilnosti lahko povzroči njeno uničenje. Segrevanje kovine nad temperaturo T vodi do napak v strukturi kovine, zmanjšanja njenih mehanskih lastnosti in duktilnosti. Temperaturna območja tlačne obdelave za različne kovine so različna, skupno pa jim je, da imajo kovine največjo duktilnost pri temperaturah nad temperaturo rekristalizacije.

Vpliv stopnje in hitrosti deformacije. Stopnja in hitrost deformacije kompleksno vplivata na duktilnost in odpornost kovine na deformacijo. Poleg tega je ta vpliv odvisen tako od njihovih vrednosti kot od stanja, v katerem je kovina deformirana - vroča ali hladna.

Stopnja in hitrost deformacije hkrati vplivata na ojačitev in mehčanje kovine. Tako se s povečanjem stopnje deformacije na eni strani poveča utrjevanje kovine, posledično pa se poveča tudi njena odpornost na deformacijo. Po drugi strani pa povečanje stopnje deformacije, ki intenzivira proces rekristalizacije, vodi do mehčanja kovine in zmanjšanja njene odpornosti proti deformaciji. Kar zadeva hitrost deformacije, ko se poveča, se čas rekristalizacijskega procesa zmanjša in posledično poveča utrjevanje. Vendar pa se s povečanjem hitrosti deformacije poveča količina toplote, sproščene v kovini v trenutku deformacije, ki nima časa, da bi se razpršila v okolju in povzroči dodatno segrevanje kovine. Zvišanje temperature spremlja zmanjšanje odpornosti kovine na deformacijo.

V večini primerov ročnega kovanja se kovina deformira v segretem stanju, povečanje stopnje in hitrosti deformacije pa vodi do zmanjšanja duktilnosti in povečanja odpornosti proti deformaciji.

Vpliv sheme napetostnega stanja. Vzorec napetosti pomembno vpliva na duktilnost, odpornost proti deformacijam in skupno silo oblikovanja.

Večje kot so natezne napetosti v deformirani kovini, bolj se njena duktilnost zmanjša in večja je verjetnost za nastanek razpok. Zato si je treba prizadevati za obdelavo kovine tako, da v njej nastanejo tlačne napetosti in da ni nateznih napetosti.

Tako ima kovina najmanjšo plastičnost v pogojih deformacije po shemi linearne napetosti (glej sl. 2.6, / in 2.7, a) in največjo - v shemi vsestranskega neenakomernega stiskanja (glej sl. 2.6, iii in 2.11). , a). Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da so zlitine, ki so v pogojih enoosne napetosti neplastične, dobro deformirane v pogojih vsestranskega neenakomernega stiskanja. Lito železo, na primer, ko je raztegnjeno ali odprto vznemirjeno (glej sliko 2.5), se praktično ne deformira, medtem ko je lahko izpostavljeno znatnim deformacijam z iztiskanjem s silo P in protitlakom P p p po shemi, prikazani na sliki 2.11, a.

Poznavanje diagramov napetostnega stanja je velikega praktičnega pomena. Pri kovanju visokolegiranih jekel na ploščate matrice (glej sliko 2.5) se lahko na sodčasti površini obdelovanca pojavijo razpoke. To je razloženo z dejstvom, da je v tem območju za napetostno stanje kovine značilna prisotnost nateznih napetosti okoli 3. Če je ta obdelovanec prevrnjen v trnu (slika 2.11, b) ali kovan v izrezanih matricah (slika 2.11, c), bo napetostno stanje kovine ustrezalo shemi vsestranskega stiskanja in s tem se je mogoče izogniti nastajanju razpok.

V sodobni proizvodnji kovanja in žigosanja se surovci delov iz nekaterih toplotno odpornih zlitin pridobivajo le z ekstrudiranjem, saj z drugimi metodami (obrezovanje, upogibanje, odprto žigosanje) opazimo uničenje zlitine.