Пластичность и сопротивление деформированию

Способность заготовки принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке называется деформируемостью. Это технологическое свойство определяют сопротивлением деформированию и пластичностью, которые, в свою очередь, зависят от строения атома, атомно-кристаллического строения, химического состава, макро- и микроструктуры материала, а также от условий деформирования.

Сопротивление деформированию оценивают удельной силой (напряжением), вызывающей пластическую деформацию заготовки при данных условиях нагружения. Как правило, обработке давлением подвергают металлические заготовки из стали, алюминиевых, магниевых, медных и титановых сплавов. Рассмотрим влияние условий деформирования на процесс формоизменения заготовок при обработке давлением.

Влияние температуры на сопротивление деформированию и пластичность. Общее свойство для всех металлов и сплавов заключается в том, что наиболее высокой деформируемостью они обладают в условиях горячей деформации, которую проводят при температуре выше температуры рекристаллизации сплавов. Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Максимальную температуру назначают такой, при которой не наблюдается уменьшение пластичности в результате перегрева (резкого увеличения размера зерен) или пережога заготовки (расплавления и окисления границ зерен).

Возрастание пластичности заготовок при нагреве до температуры горячей деформации является следствием увеличения подвижности атомов и пластичности межкристаллических прослоек. Температура плавления неметаллических включений ниже, чем температура плавления зерен основного металла, поэтому при достижении значений температуры горячей деформации интенсивнее уменьшается сопротивление деформированию прослоек, чем зерен, и доля межкристаллической деформации в общей деформации заготовки увеличивается.

Для заготовок малых размеров трудно выдерживать заданный температурный режим деформирования, поэтому горячую обработку давлением обычно применяют для крупных и средних заготовок (листовых заготовок толщиной более 10 мм и заготовок из сортовых профилей массой более 0,1 кг). Изделия малых размеров и тонколистовые заготовки, как правило, обрабатывают в условиях холодной или неполной горячей деформации.

Влияние скорости деформации на деформируемость заготовок. При увеличении скорости деформации (степени деформации в единицу времени) сопротивление деформированию возрастает, пластичность падает. Причем особенно резко снижается пластичность некоторых магниевых сплавов, высоколегированных сталей и медных сплавов при обработке давлением на молотах. Чем выше скорость деформации и ниже скорость рекристаллизации при горячей деформации, тем больше сопротивление деформированию и меньше пластичность.

Изучение поведения металла при скоростях деформации, соответствующих, например, процессам штамповки взрывом, показало, что углеродистые и легированные конструкционные стали, а также цветные сплавы обладают очень высокой пластичностью. При высоких скоростях нагружения в результате тепловыделения в металле могут возникать явления местного пережога, если заготовку нагревать до принятых значений температуры обработки.

Влияние схемы напряженного состояния. Максимальной пластичности заготовок достигают при уменьшении растягивающих напряжений и увеличении сжимающих. В условиях трехстороннего неравномерного сжатия (например, при прессовании) даже хрупкие материалы могут претерпевать значительные пластические деформации. Однако при реализации такой схемы возрастает сопротивление деформированию заготовки, в результате чего резко увеличиваются действующие на деформирующий инструмент давления. Поэтому снижается его стойкость и требуется более мощное оборудование.