Влияние температуры на сопротивление деформированию и пластичность
Сопротивление деформированию — это величина удельного усилия, вызывающая пластическую деформацию при данных условиях нагружения и температурно-скоростных условиях деформирования. При линейном растяжении или сжатии сопротивление деформированию эквивалентно напряжению текучести. Повышение температуры металла оказывает существенное влияние и на его механические характеристики. О ходе изменения показателей прочности и пластичности с увеличением температуры можно судить по приведенным на рис. 2.3 графикам. Из графиков видно, что нагрев углеродистой стали примерно до 100° С несколько увеличивает пластичность и уменьшает сопротивление деформированию. Дальнейшее увеличение температуры примерно до 300° С значительно уменьшает пластичность и ; увеличивает прочность (зона синеломкости). Это предположительно: объясняется выпадением мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения аналогично процессу старения. Дальнейшее: увеличение, температуры приводит к постепенному, но значительному уменьшению прочности. При температурах порядка 1000° С предел прочности уменьшается более чем в 10 раз. На основе многочисленных экспериментов Н. С. Кур каков установил, что изменение прочностных характеристик (твердости, предела текучести, предела прочности) с изменением температуры подчиняется экспоненциальной зависимости для металлов и сплавов, не имеющих физико-химических превращений в данном интервале температур (закон Курнакова). Математическая запись этого закона может быть представлена в виде где ptl — значение прочностной характеристики при температуре tg pia — то же, при температуре t2\ а — температурный коэффициент, постоянный для данного металла (сплава), если в этом интервале температур в нем отсутствуют физико-химические превращения. В отношении показателей пластичности характерно их некоторое уменьшение в области температур, при которых возможна неполная горячая деформация, и в области температур фазовых превращений (часто оба эти явления происходят при почти одинаковых температурах). Снижение пластичности в области температур фазовых превращений объясняется наличием в деформируемом теле одновременно двух фаз с различными свойствами, что приводит к увеличению неравномерности напряженного и деформированного состояний. При температурах несколько меньших температуры плавления наблюдается резкое снижение пластичности, являющееся результатом значительного роста зерна и последующего пережога металла (окисление границ зерен). Аналогичный характер имеют графики зависимости показателей прочности и пластичности для других металлов и сплавов. Общим положением для всех металлов и сплавов является то, что наибольшую пластичность они имеют при температурах рекристаллизации, т. е. в условиях горячего деформирования, которым одновременно соответствуют и малые значения показателей прочности, а следовательно, и сопротивления деформированию.
Опасными зонами температур, при которых наблюдается уменьшение пластичности, являются зоны, в области которых возможны фазовые превращения, неполная горячая деформация или явления старения и синеломкости.
Увеличение пластичности при нагреве до температур горячей деформации является следствием увеличения подвижности атомов, но, кроме того, увеличению пластичности способствуют еще некоторые явления. Так, например, в условиях горячего деформирования обычно значительно возрастает пластичность межкристаллических прослоек, содержащих повышенное количество примесей. Это объясняется тем, что пограничные слои с повышенным содержанием примесей обладают меньшей термодинамической устойчивостью и имеют температуру плавления меньшую, чем температура плавления зёрен основного металла. С нагревом до температур горячего деформирования прочность межзеренных прослоек уменьшается более интенсивно, чем прочность зерен, и доля межкристаллитной деформации в общей деформации металла увеличивается. Одновременно хрупкость этих прослоек уменьшается, а следовательно, уменьшается и образование в них микротрещин. Уменьшение опасности образования микротрещин объясняется также возможностью их «залечивания» в процессе деформирования. В объяснении возможности «залечивания» микротрещин в процессе деформирования двухфазных сплавов существенное значение имеет установленное А. А. Бочваром [6] явление скачкообразного переноса атомов кристаллитов одной фазы на кристаллиты другой фазы. Явление это А. А. Бочвар назвал растворноосадительным типом пластической деформации. При межфазовом перемещении атомов происходит «залечивание» микроскопических трещин, так как осаждение металла легче происходит в ми кропустотах. Так как подвижность атомов увеличивается с ростом температуры, то и «залечивание» микротрещин легче осуществляется при температурах горячей деформации. Таким образом, обработка давлением в условиях горячей деформации требует наименьших усилий деформирования и позволяет получать максимальное формоизменение заготовки. Однако для заготовок малых размеров трудно выдержать заданный температурный режим деформирования (учитывая охлаждение при соприкосновении с холодным инструментом и потери теплоты в окружающую среду, возрастающие с ростом отношения площади поверхности заготовки к ее объему), поэтому горячую
обработку давлением обычно применяют для крупных и средних заготовок (листовых заготовок с толщиной примерно более 10 мм и заготовок из сортового металла массой более 0,1 кг). Заготовки малых размеров и тонколистовые заготовки обычно обрабатывают в условиях холодной или неполной холодной деформации. Для многих металлов температуры горячей деформации соответствуют температурам сравнительно интенсивного окисления поверхностных слоев, а для углеродистых сталей — температурам, при которых поверхностные слои обедняются углеродом (обезуглероживание). Это обстоятельство ухудшает качество поверхности заготовок, полученных горячей обработкой, и вынуждает назначать большие припуски на последующую механическую обработку. Стремление уменьшить усилие деформирования но сравнению с холодной деформацией и в то же время улучшить качество поверхности и повысить точность получаемых штампованных заготовок по сравнению с горячей штамповкой привело к тому, что в ряде случаев нашла применение так называемая полугорячая штамповка, осуществляемая в режиме, близком к условиям неполной горячей деформации.