Упрочнение металлов при холодной и горячей деформации

Схема пластической деформации скольжением. Микроструктура металла. Влияние степени пластической деформации на механические свойства низкоуглеродистой стали. Нагрев металла под обработку давлением. Температурный интервал горячей обработки сплавов.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 18.01.2013
Размер файла 540,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Упрочнение металлов при холодной и горячей деформации

Обработка металлов давлением основана на способности металлов в определенных условиях получать пластические деформации в результате воздействия внешних сил. Деформацией называется изменение форм и размеров тела под действием напряжений. Деформация, исчезающая после снятия нагрузки, называется упругой, а сохраняющаяся - остаточной, или пластической. При упругой деформации происходит обратимое смещение атомов из положений равновесия в кристаллической решетке. После снятия нагрузки сместившиеся атомы за счет сил межатомного взаимодействия возвращаются в исходное равновесное положение, и кристаллы приобретают исходную форму и размеры. При пластической деформации атомы смещаются друг относительно друга на расстояния больше межатомных и занимают новые устойчивые положения. Тело принимает новую форму и размеры. Процесс пластической деформации обычно представляет собой процесс скольжения одной части кристалла относительно другой по кристаллографическим плоскостям скольжения с более плотной упаковкой атомов (рис. 1). В таких условиях атомы не выходят из зоны силового взаимодействия, и деформация происходит без нарушения сплошности (без образования трещин, разрывов).

Рис. 1. Схема пластической деформации скольжением: а - исходное состояние кристалла; б - упругодеформированное состояние; в-упруго-и пластически деформированное состояние; г - состояние после пластической (остаточной) деформации по плоскости АВ

При пластической деформации поликристаллических тел кристаллиты (зерна) меняют свою форму и ориентировку, образуя волокнистую структуру с преимущественной ориентировкой кристаллов. Зерна деформируются и сплющиваются, вытягиваясь в направлении деформации (рис. 2).

Рис. 2. Микроструктура металла: а - после холодной деформации; б - в исходном состоянии

С ростом степени деформации увеличивается число дефектов кристаллического строения в металле, что оказывает значительное влияние на механические и физико-химические свойства: механические свойства, характеризующие сопротивление деформации (s в, НВ), повышаются, а свойства, характеризующие способность к пластической деформации (d, y), падают (рис. 3).

Рис. 3. Влияние степени пластической деформации на механические свойства низкоуглеродистой стали

Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклепом. Если наклепанный металл нагреть, т.е. сообщить атомам дополнительную энергию, они получают возможность занять новые положения равновесия, т.е. построить новую кристаллическую решетку с небольшим (гораздо меньшим) количеством дефектов. Образование новых зерен взамен продеформированных называется рекристаллизацией. В результате рекристаллизации наклеп металла снимается и свойства приближаются к исходным. Плотность дефектов кристаллического строения также уменьшается до первоначального уровня.

Абсолютная температура рекристаллизации для технически чистых металлов равна:

Трекр. = 0,4· Тпл., К.

Деформация при температурах ниже температуры рекристаллизации называется холодной деформацией; а при температурах выше Трекр. - горячей деформацией (новые зерна образуются по всему объему металла в ходе деформации). Таким образом, холодная деформация сопровождается наклепом металла, а при горячей деформации одновременно идут упрочнение за счет пластической деформации и разупрочнение при рекристаллизации.

При горячей деформации сопротивление деформированию» в 10 раз меньше, чем при холодной деформации, а пластичность резко возрастает, что позволяет добиваться больших степеней деформации с меньшими усилиями. Поэтому горячую деформацию целесообразно применять для изготовления крупных деталей, при обработке труднодеформируемых, малопластичных металлов и сплавов, а также заготовок из литого металла (слитков). Однако из-за образования слоя окисленного металла на поверхности - окалины - ухудшается качество поверхности и точность получаемых размеров, а также происходит угар металла.

Холодная деформация позволяет достичь высокой точности и чистоты поверхности заготовки, а также управлять свойствами, создавая разную степень наклепа.

Возможность пластического деформирования не безгранична. Основными факторами, влияющими на величину пластической деформации, которой можно достичь без разрушения (предельная деформация), являются механические характеристики металла (сплава), температурно-скоростные условия деформирования и схема напряженного состояния. Схемы напряженного состояния в различных процессах и операциях обработки давлением различны, вследствие чего для каждой операции ОМД, для каждого металла и температурно-скоростных условий имеются свои предельные деформации.

Зависимость свойств деталей от направления волокон в металле

Исходной заготовкой для начальных процессов ОМД (прокатки, прессования) является слиток. Если слиток загрязнен неметаллическими включениями, обычно располагающимися по границам кристаллитов, то в результате обработки давлением включения вытягиваются в виде прядей (волокон) по направлению наиболее интенсивного течения металла, придавая металлу волокнистое строение, которое при соответствующей обработке поверхности наблюдается невооруженным глазом.

Макроструктура металла: а - после обработки давлением; б - исходного литого

Металл с явно выраженной волокнистой структурой характеризуется анизотропией механических свойств. Вдоль волокон механические характеристики (d, Y, КС) выше, чем поперек.

Так как направление волокон зависит от характера деформирования заготовки, желательно в готовой детали получить такое расположение волокон, при котором она имела бы наилучшие служебные свойства. Волокнистое строение не может быть разрушено термической обработкой и сохраняется даже при горячей деформации.

Нагрев металла под обработку давлением

Для проведения процессов горячей пластической деформации металл необходимо нагреть выше 0,65-0,75 абсолютной температуры плавления для повышения пластичности и снижения прочности (рис. 6). Нагревать сталь до температур, близких к температуре плавления, нельзя, так как наступает пережог, выражающийся в окислении и оплавлении границ зерен, нарушении связей между ними и, как следствие, полной потере пластичности. Пережог является неисправимым браком.

Изменение механических свойств стали, содержащей 0,15% С, в зависимости от температуры

Ниже температуры пережога лежит зона перегрева. Явление перегрева заключается в резком росте размеров зерен и, как следствие, снижении механических свойств продеформированных изделий.

Брак по перегреву можно исправить отжигом. Таким образом, максимальную температуру нагрева, т.е. температуру начала горячей обработки давлением, следует назначать такой, чтобы не было ни пережога, ни перегрева. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре. Если продолжать деформирование при более низких температурах, металл упрочнится (рекристаллизация не успевает произойти), и вследствие падения пластичности в изделии могут образоваться трещины. Таким образом, каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением (табл. 1).

Нагрев желательно осуществлять с наибольшей скоростью, т.е. за возможно короткое время. При этом в меньшей степени происходит рост зерна, снижаются отходы металла на угар (образование окалины за счет взаимодействия с кислородом атмосферы печи), меньше углерода выгорает с поверхности стальных заготовок. Температура посадки металла в нагревательное устройство и скорость нагрева определяются его пластичностью и теплопроводностью в соответствующем температурном интервале.

деформация металл нагрев сплав

Табл. 1. Температурный интервал горячей обработки сплавов давлением

В процессе нагрева возникает перепад температур между внутренними и наружными зонами заготовки, сопровождаемый возникновением термических напряжений. Эти напряжения при недостаточной пластичности металла могут привести к возникновению трещин. Разность температур по сечению увеличивается с увеличением скорости нагрева, поэтому существует максимально допустимая скорость нагрева:

Т = К· Д O Д,

где Т - время нагрева, ч; Д - диаметр или толщина заготовки, м; К - коэффициент, равный для углеродистой и низколегированной стали 12,5, для высоколегированной - 25.

Существенное значение имеет также и режим охлаждения готовых поковок. Слишком быстрое и неравномерное охлаждение может привести к образованию трещин или к короблению вследствие термических напряжений. Чем меньше теплопроводность стали и чем массивнее и сложнее конфигурация изделия, тем медленнее должно быть охлаждение.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Сущность процессов упругой (обратимой) и пластической (необратимой) деформаций металла. Характеристика процессов холодной и горячей деформации. Технологические процессы обработки металла давлением: прессование, ковка, штамповка, волочение, прокат.

    реферат [122,4 K], добавлен 18.10.2013

  • Влияние холодной пластической деформации и рекристаллизации на микроструктуру и механические свойства низкоуглеродистой стали. Пластическая деформация и ее влияние на свойства металлических материалов. Влияние температуры нагрева на микроструктуру.

    контрольная работа [370,2 K], добавлен 12.06.2012

  • Различные режимы термомеханической обработки стали. Поверхностное упрочнение стальных деталей. Закалка токами высокой частоты. Газопламенная закалка и старение металла. Обработка стали холодом. Упрочнение металла методом пластической деформации.

    презентация [546,9 K], добавлен 14.10.2013

  • Физическая сущность пластической деформации. Общая характеристика факторов, влияющих на пластичность металла. Особенности процесса нагрева металла, определение основных параметров. Специфика использования и отличительные черты нагревательных устройств.

    лекция [21,6 K], добавлен 21.04.2011

  • Общее понятие пластической деформации, явления, сопровождающие пластическую деформацию. Сущность и специфика дислокации. Блокировка дислокаций по Судзуки. Условия пластической деформации при низких температурах. Механизмы деформационного упрочнения.

    курс лекций [2,0 M], добавлен 25.04.2012

  • Выполнение инженерных расчетов по технологии прокатного передела на примере определения показателей деформации листового проката. Вычисление геометрических размеров полосы по клетям при горячей (холодной) прокатке. Расчет показателей деформации.

    курсовая работа [84,6 K], добавлен 17.12.2013

  • Разновидности методов получения деталей. Прокатка как один из способов обработки металлов и металлических сплавов методами пластической деформации. Определение, описание процесса волочения, прессования, ковки, штамповки. Достоинства, недостатки методов.

    контрольная работа [1,7 M], добавлен 11.11.2009

  • Явление полиморфизма в приложении к олову. Температура разделения районов холодной и горячей пластической деформации. Технология поверхностного упрочнения изделий из стали. Определение температуры полного и неполного отжига и нормализации для стали 40.

    контрольная работа [252,2 K], добавлен 26.03.2012

  • Классификация видов деформации по С.И. Губкину. Явление, сопровождающее деформацию заготовки с ростом температуры (диффузия, возврат, рекристаллизация). Двумерные диаграммы. Разупрочнение при горячей деформации и его влияние на структурообразование.

    курсовая работа [578,0 K], добавлен 30.05.2015

  • Сущность пластической деформации металлов и влияние на неё химического состава, структуры, температуры нагрева, скорости и степени деформации. Определение легированных сталей, их состав. Литейные сплавы на основе алюминия: их маркировка и свойства.

    контрольная работа [38,4 K], добавлен 19.11.2010

  • Металлофизическая характеристика и поведение обрабатываемых сплавов при пластической деформации. Технико-экономическое обоснование технологии и оборудования цеха. Расчет термомеханических и энергосиловых параметров горячей обработки усилия прессования.

    курсовая работа [610,3 K], добавлен 08.06.2014

  • Краткая характеристика способов и оборудования для обработки деталей пластическим деформированием. Схемы восстановления и особенности ремонта деталей с пластической деформацией. Анализ влияния пластических деформаций на структуру и свойства металла.

    реферат [3,4 M], добавлен 04.12.2009

  • Способы получения неразъемного соединения контактной сваркой. Технология изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям. Механизм пластической деформации, понятие о холодном и горячем деформировании, а также условия протекания горячей деформации.

    контрольная работа [519,8 K], добавлен 10.10.2011

  • Характеристика стали 30ХГСА. Планирование полного факторного эксперимента. Определение уравнения зависимости сопротивления деформации от физических величин. Проверка однородности дисперсий с помощью критерия Фишера. Определение коэффициентов регрессии.

    курсовая работа [6,4 M], добавлен 29.12.2010

  • Основные понятия литейного производства. Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов. Формовочные материалы, смеси и краски. Технология изготовления отливок. Виды и направления обработки металлов давлением. Механизмы пластической деформации.

    презентация [4,7 M], добавлен 25.09.2013

  • Определение причин и описание механизма необратимости пластичной деформации металлов. Изучение структурных составляющих сплавов железа с углеродом, построение кривой охлаждения сплава. Описание процессов закаливаний углеродистых сталей, их структура.

    контрольная работа [596,1 K], добавлен 18.01.2015

  • Характеристика и основные принципы, положенные в основу восстановления деталей с помощью пластических деформаций. Способы обработки деталей пластическим деформированием, составление их технологии и схемы, влияние на структуру и свойства металла.

    реферат [2,0 M], добавлен 29.04.2010

  • Закономерности деформации при повышенных температурах. Возврат и рекристаллизация. Закон постоянства объема пластически деформируемого твердого тела. Степень деформации металла при пластическом формоизменении. Расчет параметров штамповки выдавливанием.

    курсовая работа [634,1 K], добавлен 22.01.2016

  • Пластическая деформация и механические свойства сплавов. Временные и внутренние остаточные напряжения. Два механизма пластической деформации, структурные изменения. Общее понятие о наклепе. Схема смещения атомов при скольжении. Отдых и полигонизация.

    лекция [2,9 M], добавлен 29.09.2013

  • Сущность и признаки упругой и пластической деформации металлов - изменения формы и размеров тела, которое может вызываться воздействием внешних сил, а также другими физико-механическими процессами, которые происходят в теле. Виды разрушения металла.

    контрольная работа [23,5 K], добавлен 12.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.