ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физическая природа упругой и пластической деформации из "Обработка металлов давлением и конструкции штампов Издание 2 " Пластическая деформация металлов — сложный физико-химический процесс, в результате которого изменяются строение металла, его механические, физические и химические свойства. Рассмотрим в связи с этим физическую природу (сущность) холодной пластической деформации монокристалла. [c.8] При обработке давлением под действием внешних сил в металле возникают напрян ения. Пока эти напряжения незначительны и не превысили вполне определенной для каждого металла величины, происходит упругая, или обратимая деформация. При упругой деформации атомы металла смещаются с мест устойчивого равновесия на расстояния, не превышающие расстояний между соседними атомами кристаллической структуры. После снятия внешней нагрузки смещенные атомы под действием межатомных сил возвращаются в исходные места устойчивого равновесия, а форма тела полностью восстанавливается. Вследствие изменения при упругой деформации расстояний между атомами происходит незначительное обратимое изменение объема. Например, при всестороннем сжатии стального образца под давлением 1000 МПа изменение его объема составляет около 0,6%. Упругая деформация не изменяет строения металла и его свойств. [c.8] Способность металла подвергаться пластической деформации называют пластичностью. Пластичность зав1 сит от условий деформирования (температуры, схемы нагружения и др.) и поэтому ее следует рассматривать как состояние металла, а не как свойство. Количественно пластичность можно характеризовать величиной макси.мальной деформации, которую можно сообщить металлу до его разрушения. [c.9] При пластической деформации монокристалла (рис. 3,а) происходит в основном два процесса скольжение и двой-нйкование. Скольжение, являясь основны.м механизмом пластической деформации, представляет собой относительное и поочередное смещение топких слоев монокристалла относительно смежных (р с. 3, б). Скольжение атомов происходит по особым кристаллографическим плоскостям, плоскостям скольжения, а их относительное смещение составляет примерно (100—200) А. При специальной обработке поверхности деформированного металла полосы скольжения можно наблюдать визуально в виде мелких рисок, имеющих определенное направление. [c.9] В отличие от скольжения процесс двойникования (рис. 3, е) состоит в стройном смещении группы атомов относительно особой плоскости — плоскости двойникования. В результате двойникования смещающаяся часть монокристалла будет являться зеркальным отображением его недеформпрованной части. Двойникование происходит обычно при ударных нагрузках, а иногда и при термической обработке. [c.9] Краевая дислокация (рис. 4, а) представляет собой несовершенство кристалл1 ческой решетки, при котором число атомных плоскостей J выше или ниже плоскости скольжения 2 / еодинаково. Под действием касательных напряжений х краевая дислокация передвигается. Смеше-Ш1е дислокаций состоит в последовательном н параллельном переме-ш,ении исходной дополнительной плоскости 1 от одной соседней плоскости к другой в направлении к краю кристалла. В результате одна часть кристалла сдвигается относительно другой на одно межатомное расстояние. [c.10] Сущность винтовой дислокации состоит в том, что кристаллографические плоскости 3 (рис. 4, б), перпендикулярные к плоскости скольжения 2, имеют изгиб со сдвигом на одно межатомное расстояние. Движение винтовой дислокации дает пластический сдвиг в направлении, перпендикулярном к направлению движения дислокации, и приводит к смещению одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние. [c.10] При отсутствии дислокаций и других несовершенств в кристаллической структуре для смещения одной части кристалла относительно другой пришлось бы сдвигать одновременно все атомы в плоскости скольжения. Для такого сдвига потребовались бы значительные сдвигающие напряжения. [c.11] в процессе холодной пластической деформации в металле возникают дополнительные дислокации, образуются осколки кристаллов, которые, затрудняя дальнейшую деформацию, вызывают увеличение прочности, уменьшение пластичности металла и изменение его физико-химических свойств электросопротивление и химическая активность увеличиваются, магнитная проницаемость и теплопроводность уменьшаются. [c.11] Совокупность изменений механических, физических и химических свойств металлов в результате пластической деформации называется упрочнением, или наклепом металла. [c.11] Как указывалось выше, применяемые в технике металлы и сплавы являются поликристаллическими телами. Общая пластическая деформация таких металлов складывается из внутрикристаллитной и межкристаллитной деформаций. Внутрикрнсталлитная деформация протекает за счет скольжения и двойникования межкристаллитная состоит Б поворотах зерен и смещении этих зерен относительно друг друга. В результате обработки давлением зерна частично раздробляются и вытягиваются в направлении наибольшего течения металла, образуя строчечную структуру (см. рис. 2, а). Аналогично монокристаллу холодная пластическая деформация поликристаллического металла вызывает его упрочнение. [c.11] Пластическая деформация всегда сопровождается упругой. В связи с тем, что при обработке металлов давлением величина пластической деформации значительно превышает упругую, последнюю часто не принимают во вни.ма-ние. Однако имеются такие процессы в обработке давле-г ием (например, холодная прокатка листов, гибка листового материала и др.), когда недопустимо пренебрегать упругими дефсрмациями. [c.11] Плотность металла в результате пластической деформации практически не изменяется. Сказанное не относится к случаю обработки давлением слитков, плотность которых, например, при ковке увеличивается из-за ликвидации газовых пузырей и усадочных раковин. [c.11] При вполне определенной для каждого металла максимальной величине пластической деформации в них образуются микротрещины. При дальнейшем деформировании эти трещины развиваются и приводят к разрушению металла. Очевидно, что такая деформация не является пластической. Таким образом, для каждого металла существует предельно допустимая величина пластической деформации, которая характеризует пластичность металла. [c.12] В обработке давлением важно знать условия деформирования, при которых происходит пластическая деформация и наступает разрушение. К условиям деформирования относятся усилия деформирования, температура, степень и скорость деформации и т. д. Для определения оптимальных условий деформирования используют экспериментально построенные графики, называемые диаграммами физико-механического состояния. Примером такой диаграммы может служить график напряжение—температура (рис. 5). Очевидно, что различные металлы, обладая различными свойствами, имеют свои определенные диа-грам.мы физико-механического состояния. [c.12] В большинстве случаев обработки давлением силы трения являются реактивными. Однако, например, при прокатке силы трения являются активными силами, которые обеспечивают захват металла валками и дальнейшую его деформацию. В тех случаях, когда силы трения являются реактивными, стараются уменьшить их влияние, применяя различные виды смазок и соответствующую обработку поверхностей инструмента. [c.13] При пластическом деформировании величина т не может быть больше половины предела текучести а /2. [c.14] Роль трения в обработке давлением и факторы, влияющие на него, были рассмотрены выше. Здесь только отметим, что при горячей обработке давлением без смазки коэффициент трения / равен 0,3—0,45, при холодном деформировании со смазкой —0,12—0,06. [c.14] Применение смазок при деформировании с нагревом уменьшает коэффициент трения на 15—25% в зависимости от типа смазки. [c.15] Чем меньше сопротивление деформированию и выше пластичность, тем выше технологическое свойство металла, которое называется ковкостью, и те.м легче этот металл обрабатывается давлением. [c.16] Вернуться к основной статье