Профессиональное обучение
(сборник учебников по профессиям)

Основы теории обработки металлов давлением

       

Влияние обработки давлением на свойства металлов

Одним из главных достоинств обработки давлением является повышение прочностных и эксплуатационных свойств металлов и сплавов.

На металлургических заводах из жидкого металла изготовляют заготовки либо в виде круглых слитков, либо имеющие прямоугольное или квадратное сечение. В этих заготовках много различных дефектов, металл обладает низкими механическими свойствами.

Дефекты слитка (газовые пузыри, трещины, неоднородность химического состава, крупнозернистость и др.) устраняются горячей обработкой давлением. При ковке и прокатке завариваются газовые пузыри, измельчается зерно, выравнивается химический состав слитка по сечению. Механические свойства литого металла в результате пластической деформации значительно повышаются.

Каково одновременное влияние температуры и степени деформации на размер зерна для мягкой стали, наглядно видно на диаграмме (рис. 2.12, а). Изучив ее, можно установить следующие общие закономерности. Во-первых, размер зерна увеличивается с ростом температуры, если последняя превышает 900 °С. Во-вторых, размер зерна при относительных деформациях до 5 % практически не увеличивается даже при значительном повышении температуры. Если относительная деформация металла составляет 5 . . . 10 %, размер зерен увеличивается в десятки раз (эта деформация называется критической).С дальнейшим увеличением деформации размер зерен уменьшается. Рассмотренное явление объясняется тем, что при малых (до 5 %) деформациях межзеренные границы не разрушаются и в процессе рекристаллизации зерна не могут объединяться и срастаться друг с другом. При критической деформации разрушаются границы между зернами, в результате рекристаллизации зерна объединяются друг с другом, их размер увеличивается, металл становится крупнозернистым. При больших степенях деформации зерна дробятся, образуются новые центры рекристаллизации, вокруг которых растут новые зерна. Увеличение числа зерен в металле ведет к уменьшению их размеров, металл приобретает мелкозернистое строение и повышенные механические свойства.

Рис. 2.12. Диаграмма рекристаллизации
низкоуглеродистой стали (а) и развитие рекристаллизации при протяжке (б)

При горячей обработке давлением одновременно осуществляются два процесса - деформация металла и рекристаллизация. В момент деформирования участка а при протяжке (рис. 2.12, б) зерна металла в этой зоне раздробляются, уменьшается их размер. Но после деформирования, когда участок а выходит из зоны удара в зону b, под действием высокой температуры в этой зоне начинается процесс рекристаллизации, и чем выше температура, тем интенсивнее идет рост рекристаллизованных зерен. Если в процессе ковки зона а подвергалась критической степени деформации, размер зерен будет максимальным, а механические свойства металла — пониженными.

Резервом повышения качества поковок является рациональное использование волокнистого строения деформированного металла. Рассмотрим несколько примеров.

В шестерне (рис. 2.13, а), изготовленной из проката, волокна направлены параллельно ее оси. При работе шестерни в зацеплении с другой шестерней рабочие напряжения ст будут направлены поперек волокон, т. е. их направление неблагоприятно. При изготовлении той же шестерни из заготовки, полученной осадкой (рис. 2.13, б), волокна будут иметь радиальное направление, а так как зуб под действием напряжений ст при работе подвергается изгибу, то это направление волокон является наиболее благоприятным.

Рис. 2.13. Влияние обработки давлением на микроструктуру поковок:
а, б - шестерен, в, г - крюков, д,е - коленчатых валов

Аналогично, крюк, изготовленный гибкой проката (рис. 2.13, в) и ковкой, прочнее крюка, вырезанного из толстой плиты (рис. 2.13, г). На рис. 2.13, д показана макроструктура штампованного коленчатого вала, в котором волокна металла направлены вдоль действия рабочих растягивающих напряжений ст. Вал же, изготовленный из проката обработкой резанием (рис. 2.13, е), имеет неблагоприятно направленные волокна. Штампованный вал является более прочным и, следовательно, его диаметр может быть уменьшен без снижения мощности, например, двигателя, где он установлен.

Таким образом, для того чтобы получить детали с высокими механическими и наилучшими эксплуатационными свойствами, следует не только выполнять обработку давлением при оптимальной для данного металла температуре, но также правильно выбирать операции ковки, последовательность их выполнения и степень деформации.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru