Обробка металів тиском

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ВПЛИВ СТЕПЕНІ І ШВИДКОСТІ ДЕФОРМАЦІЇ НА МАКРОІ МІКРОСТРУКТУРУ СЕРЕДНЬО ЛЕГОВАНИХ СТАЛЕЙ ПРИ ХОЛОДНІЙ ОБРОБЦІ ТИСКОМ

1.1 ХОЛОДНА ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦІЯ МОНОКРІСАЛА

1.2 ХОЛОДНА ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦІЯ ПОЛІКРІСТАЛА

1.3 ЗМІЦНЕННЯ ПРИ ХОЛОДНІЙ ДЕФОРМАЦІЇ

1.4 ВПЛИВ ШВИДКОСТІ ДЕФОРМАЦІЇ НА ПЛАСТИЧНІСТЬ І ОПІР ДЕФОРМАЦІЇ

ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

ОМТ (обробка металів тиском) процеси отриманнязаготовокабо деталей машин силовим впливом інструменту на вихідну заготовку з вихідного матеріалу. Висока продуктивність обробки тиском, низька собівартість і висока якість продукції привели до широкого застосування цих процесів. деформація сталь монокрісал тиск

Пластичне деформування при обробці тиском, що складається в перетворенні заготовки простої форми в деталь більш складної форми того ж обсягу, відноситься до малоотходной технології. Обробкою тиском отримують не тільки задану форму і розміри, але і забезпечують необхідну якість металу, надійність роботи виробу. Пластичне деформування в обробці металів тиском здійснюється за різних схемах напруженого і деформованого станів , при цьому вихідна заготовка може бути об'ємним тілом, прутком, листом. За призначенням процеси обробки металів тиском групують таким чином:

· для отримання виробів постійного поперечного перерізу по довжині (прутків, дроту, стрічок, листів), що застосовуються в будівельних конструкціях або в якості заготовок для подальшого виготовлення деталей прокатка , волочіння , пресування ;

· для отримання деталей або заготовок, що мають форми і розміри, наближені до розмірів і форм готових деталей, що вимагаютьмеханічної обробки для додання їм остаточних розмірів і заданої якості поверхні кування , штампування .

Основними схемами деформування об'ємної заготовки є:

· стиснення між площинами інструмента кування;

· ротаційне обтиснення обертовими валками прокатка;

· видавлювання металу з порожнини інструмента пресування;

· витягування металу з порожнини інструмента волочіння .

1. ВПЛИВ СТЕПЕНІ І ШВИДКОСТІ ДЕФОРМАЦІІ НАМАКРОІ МІКРОСТРУКТУРУ СЕРЕДНЬОЛЕГОВАНИХ СТАЛЕЙ ПРО ХОЛОДІЙ ОБРОБЦІ

При обробці металу тиском змінюється не тільки форма заготовки, а й відбувається складний фізичний процес, що впливає на структуру металу, а отже, на його механічні та фізичні властивості. Пластична деформація металу відбувається за рахунок внутрікрісталлітной (внутрізеренних) і міжкристалічних (межзеренного) зрушень (зрушення відбуваються по площинах ковзання під кутом 45є до напрямку діючої сили) ( рис. 1). Чим більше утворюється зрушень, т. Е. Чим більше пластична деформація, тим більше зміцнення (наклеп) і тим більше зусилля потрібно для подальшого деформування металу. Пластична деформація залежить від природи металу, температури, швидкості і ступеня деформації, тому розрізняють гарячу, неповну гарячу і холодну обробку тиском.

Рис. 1. Схема зміни будови металу в площині зсуву: а зерно до зсуву; б зерно після зсуву; в кристалічна решітка

Зміна структури і властивостей металу при обробці тиском визначається температурно-швидкісними умовами деформування, в залежності від яких розрізняють холодну і гарячу деформації.

Холодна деформація характеризується зміною форми зерен, які витягуються в напрямку найбільш інтенсивного течії металів (рис.2, а). При холодної деформації формозміна супроводжується зміною механічних і фізико-хімічних властивостей металу. Це явище називають зміцненням (наклепом). Зміна механічних властивостей полягає в тому, що при холодній пластичній деформації в міру її збільшення зростають характеристики міцності, в той час як характеристики пластичності знижуються. Метал стає більш твердим, але менш пластичним. Зміцнення виникає внаслідок повороту площин ковзання, збільшення спотворень кристалічної решітки в процесі холодного деформування (накопичення дислокацій біля кордонів зерен).

Рис.2. Схеми зміни мікроструктури металу при деформації: а холодної; б гарячої

Зміни, внесені холодної деформацією в структуру і властивості металу, що не є незворотними. Вони можуть бути усунені, наприклад, за допомогою термічної обробки (відпалом). В цьому випадку відбувається внутрішня перебудова, при якій за рахунок додаткової теплової енергії, що збільшує рухливість атомів, в твердому металі без фазових перетворень з безлічі центрів ростуть нові зерна, які замінять собою витягнуті, деформовані зерна. Так як в рівномірному температурному полі швидкість росту зерен в усіх напрямках однакова, то нові зерна, що з'являються замість деформованих, мають приблизно однакові розміри в усіх напрямках.

Явище зародження і зростання нових рівноосних зерен натомість деформованих, витягнутих, що відбувається при певних температурах, називається рекристалізацією. Для чистих металів рекристалізація починається при абсолютній температурі, рівній 0,4 абсолютної температури плавлення металу. Рекристалізації протікає з певною швидкістю, причому час, необхідний для рекристалізації, тим менше, чим вище температура нагріву деформованої заготовки.

При температурах нижче температури початку рекристалізації спостерігається явище, зване поверненням. При поверненні (відпочинку) форма і розміри деформованих, витягнутих зерен не змінюються, але частково знімаються залишкові напруги. Ці напруги виникають через неоднорідного нагрівання або охолодження (при литті та обробці тиском), неоднорідності розподілу деформацій при пластичній деформації і т.д. Залишкові напруги створюють системи взаємно врівноважуються сил і знаходяться в заготівлі, що не навантаженої зовнішніми силами. Зняття залишкових напруг при поверненні майже не змінює механічні властивості металу, але впливає на деякі його фізико-хімічні властивості. Так, в результаті повернення значно підвищуються електрична провідність, опір корозії холоднодеформована металу.

Холодна деформація без нагріву заготовки дозволяє отримувати більшу точність розмірів і кращу якість поверхні в порівнянні з обробкою тиском при досить високих температурах.

Відзначимо, що обробка тиском без спеціального нагріву заготовки дозволяє скоротити тривалість технологічного циклу, полегшує використання засобів механізації та автоматизації і підвищує продуктивність праці.

Вплив холодної деформації на властивості металу можна використовувати для поліпшення експлуатаційних властивостей деталей. Керувати зміною властивостей в необхідному напрямку і на бажану величину можна вибором раціонального поєднання холодної і гарячої деформацій, а також числа і режимів термічних обробок в процесі виготовлення деталі.

1.1 ХОЛОДНА ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦІЯ МОНОКРІСАЛА

Пластична деформація монокристалів може відбуватися в основному двома шляхами: ковзанням і двійникуванням. Ковзання (Рис 3.б) являє собою паралельне зміщення тонких шарів монокристалів відносно один одного. Рух охоплює ряд площин або найтонших шарів (смуги ковзання), в проміжках між якими елементи пластичної деформації відсутні. Експериментально встановлено, що смуги ковзання відстоять одна від одної в середньому на відстані близько 1 мкм, в той час як відстані між сусідніми атомними площинами виражаються цифрами порядку 1 «10" 4 мкм.

Рис 3. а б

Ковзання в монокристалах відбувається по певних кристалографічних площинах, які називаються площинами ковзання. Зазвичай площинами., Ковзання є площині з найбільшою щільністю розміщення атомів, а напрямками ковзання є ті напрямки, за якими міжатомні відстані мають мінімальну величину, Наприклад, в металах з гранецентрированной кубічної кристалічної гратами площинами ковзання зазвичай є площині октаедра типу, а напрямками ковзання напрямки типу .

Двійникування (Рис 3.а) є зміщення атомів, розташованих в площинах, паралельних деякій площині, званої площиною двійникування, на відстані, пропорційні відстані цих площин від площини двійникування, причому ребра кристалічної решітки, спочатку нахилені до площини двійникування під кутом а <90 °, повертаються на кут, рівний 180 ° 2а. Решітка частини кристала, що отримала деформацію двійникуванням, є дзеркальним зображенням решітки недеформованою частини кристала щодо площині двійників (двійником), і взаємне розташування атомів в двійнику аналогічно розташуванню їх в недеформованому металі. Двійникування порівняно рідко відбувається при статичному навантаженні і значно частіше при деформації ударом. Двійникування може виникати не тільки в результаті впливу на деформується тіло зовнішніх сил, але і в результаті відпалу після пластичної деформації. Таке явище спостерігається, зокрема, в міді, латуні та деяких інших металах з гранецентрированной кубічної гратами. Двійникування може супроводжувати деформації ковзанням. При деформації ковзанням двойникование стрибкоподібно зменшує зусилля, необхідне для деформування. Площині двійникування зазвичай збігаються з площинами ковзання.

1.2 ХОЛОДНА ПЛАСТИЧНА ДЕФОРМАЦІЯ ПОЛІКРІСТАЛА

Загальна залишкова формозміна полікристалічного тіла складається з пластичної деформації складових його зерен (зміни їх форми і розмірів) до їх відносного зсуву. Відповідно до цього розрізняють внутрікрісталлітной і межкристаллитную деформації полікристала. Деформація окремих зерен полікристала здійснюється ковзанням або двійникуванням, як і для монокристала. Однак наявність значної кількості зерен в полікристала призводить до деяких особливостей процесу його пластичної деформації. Площині ковзання в окремих зернах полікристала довільно орієнтовані в просторі. Різна їх орієнтування призводить до того, що при навантаженні полікристалічного тіла зовнішніми силами пластична деформація починається не одночасно у всіх зернах. В першу чергу пластична деформація виникає в зернах з найбільш сприятливою орієнтуванням площин ковзання, т. Е. Такий, при якій останні збігаються з майданчиками дії найбільших за величиною дотичних напруг, що викликаються даною системою сил. Решта зерна деформуються пружно і можуть отримувати лише відносне зміщення. При лінійному розтягуванні і стисненні найбільш сприятливу для початку пластичної деформації орієнтування мають зерна, у яких площині ковзання розташовані під кутом 45 ° до напрямку дії зовнішньої сили. Зовнішнім проявом групових зрушень в найбільш сприятливо орієнтованих зернах є лінії ковзання, що спостерігаються часто на поверхні тіла, що деформується і виявлені Людерса і Д. До Черновим. Так як перші зрушення в зернах відбуваються в напрямках за якими в деформується тілі діють найбільші дотичні напруження, то лінії ковзання, які виявляються на поверхні полікристалічного тіла, дозволяють судити про напрямки максимальних зсувних напруг, 1 викликаються в тілі доданими до неї силами. У міру збільшення деформирующих сил дотичні напруження, що діють в менш сприятливо орієнтованих площинах ковзання, досягають величини, необхідної для початку пластичної деформації, причому остання починає охоплювати дедалі більшу кількість зерен полікристала. Нормальна напруга при лінійному розтягуванні або стисненні, відповідне включенню в пластичну деформацію переважної більшості зерен металу, є межею плинності.

1.3 ЗМІЦНЕННЯ ПРИ ХОЛОДНІЙ ДЕФОРМАЦІЇ

Пластична деформація призводить до значної зміни механічних, фізичних і хімічних властивостей металу. У деформується металі зі збільшенням ступеня деформації збільшуються всі показники опору деформації: межі пружності, пропорційності, плинності і міцності. Збільшується також твердість металу. Одночасно з цим спостерігається зменшення показників пластичності (відносне подовження, відносне звуження, ударна в'язкість); збільшується електричний опір, зменшуються опір корозії, теплопровідність, змінюються магнітні властивості феро магнітних металів і т. п. Сукупність явищ, пов'язаних зі зміною механічних і фізико-хімічних властивостей металів в процесі пластичної деформації, називається зміцненням (наклепом). До теперішнього часу фізична природа зміцнення повністю не з'ясована. Зміна механічних властивостей металів і, зокрема, збільшення їх міцності, як зазначено раніше, в значній мірі пояснюється зростаючим в міру деформування опором зсуву дислокацій. Одними з основних ділянок підвищеного опору зсуву дислокацій є ділянки перетину площин ковзання, на яких взаємодія силових полів дислокацій, що переміщаються по пересічних площинах, призводить до їх «застрявання» і ось до чого скупченню біля них дислокацій однакового знака. Наочним підтвердженням сказаного є те, що монокристали з гексагональної кристалічною решіткою (одна площина ковзання) упрочняются значно менш інтенсивно, ніж монокристали з кубічної кристалічної гратами, мають кілька площин ковзання. У той же час можна вважати, що межі зерен в полікристала є значними перешкодами для виходу дислокацій і сприяють накопиченню близько них дислокацій одного знака, а отже, і більш інтенсивному зміцнення.

1.4 ВПЛИВ ШВИДКОСТІ ДЕФОРМАЦІЇ НА ПЛАСТИЧНІСТЬ І ОПІР ДЕФОРМАЦІЇ

Зазвичай визначення механічних властивостей металів виробляють на випробувальних машинах зі швидкостями деформування, що не перевищують 10 мм / с,.; Обробка тиском на пресах і кувальних машинах ведеться при середній швидкості руху робочого органу машини в межах приблизно 0,1-0,5 м / с. При обробці на молоті вплив на метал носить вже динамічний характер; швидкість баби молота в момент удару становить 5-10 м / с, а весь процес деформації за один удар триває лише соті частки секунди. Ще більш високі швидкості деформування виникають при штампуванні на високошвидкісних молотах (~ 20-30 м / с і вище), а також при штампуванні вибухом, електрогідравлічним розрядом, магніто імпульсним і іншими видами імпульсного навантаження, нині з успіхом впроваджуються в промисловість. Тому дуже важливо знати, чи можна при аналізі і проектуванні процесів обробки тиском користуватися даними про механічні властивості металів, отриманими шляхом звичайних випробувань. Інакше кажучи , дуже важливо знати, як впливає швидкість деформації на пластичність і напруга плинності. У першому наближенні можна сказати, що при збільшенні швидкості деформації напругу плинності зростає, а пластичність падає. Зі збільшенням швидкості деформації особливо різко падає пластичність деяких магнієвих сплавів, високолегованої сталі і мідних сплавів деяких марок. Значно менш чутливі до швидкості деформації більшість алюмінієвих сплавів, низьколегована і вуглецева конструкційна стали.

Вплив швидкості деформації при холодній обробці тиском значно менше, ніж при гарячій. Інтенсивність зростання цього впливу більше в діапазоні малих швидкостей (мм / хв) і дуже мала в діапазоні великих швидкостей. Однак наведені дані вимагають уточнення. Треба враховувати насамперед два істотних обставини: наявність при гарячому пластичній деформації двох протилежних процесів: зміцнюючого і разупрочняется (повернення і рекристалізація), а також тепловий ефект пластичної деформації. Про повернення і рекристалізації говорилося раніше. Тепловий ефект виражається в тому, що енергія, що витрачається на пластичну деформацію, перетворюється в основному в теплоту. Коефіцієнт виходу теплоти, за даними С. І. Губкіна, становить для чистих металів 0,85-0,90, для сплавів 0,75-0,85. Інша частина роботи деформації йде на підвищення внутрішньої енергії металу. Тепловий ефект при інших рівних умовах зменшується зі збільшенням температури деформації, так як з підвищенням температури падає напруга плинності і знижується енергія, необхідна для деформації. Тому при одній і тій же мірі деформації даного зразка в холодному і гарячому стані в останньому випадку теплоти виділиться менше. Якщо швидкість деформації мала, то теплота буде розсіюватися і процес буде протікати майже ізотермічні. Навпаки, при великих швидкостях деформації виділяється теплота підвищить температуру тіла, інакше кажучи, буде спостерігатися температурний ефект

ВИСНОВКИ

Легуючі елементи (хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій і ін.) знижують пластичність і підвищують опір деформації, причому тим сильніше, чим більше вуглецю в стали.

Найбільшою пластичністю володіють чисті метали і сплави, які створюють тверді розчини, найгіршими пластичними властивостями володіють сплави, які створюють хімічні сполуки і механічні суміші.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ

1.http://emchezgia.ru/omd/7_vliyanie_khimicheskogo_sostava.php МЧ-ЗГИА.РУ

2. В.М. Данченко, В.О. Гринкевич, О.Н. Головко Теорія процесів обробки металів тиском: Підручник з грифом МОН України (№ 14/18-Г-10). Дніпропетровськ, Пороги, 2008. - 370с

3. Зильберг Ю.В. Теория пластического течения твердых тел: Учеб. пособие.Днепропетровск, 1987. 96 с.

4. Теория обработки металлов давлением / Сторожев М.В., Попов Е.А. 3-е изд.М.: Машиностроение, 1971. 424 с.

Размещено на Allbest.ru