Прокат из углеродистой стали с повышенным содержанием азота при длительном хранении (вылеживании) подвержен деформационному старению, которое значительно ухудшает его технологические свойства: пластичность понижается, сопротивление деформированию увеличивается. При штамповке крупногабаритных деталей в зонах относительно малой деформации появляется сетка линий Чернова, каждая линия которой либо выступает над поверхностью листа, либо представляет собой канавку в зависимости от схемы главных напряжений в этой зоне штампуемой заготовки. Такая сетка недопустима для декоративных и облицовочных деталей. При испытании на растяжение листов из такой стали первичная диаграмма имеет площадку текучести. Площадку текучести, а соответственно сетку линий скольжения можно в значительной мере подавить, если листы перед штамповкой подвергнуть дрессировке, т. е. прокатке на роликовой правильной машине с малой деформацией (е = 0,5-7-1,5 %). Однако такой прокат не должен храниться более 24 ч. Поэтому для штамповки крупногабаритных сложных по форме деталей типа автомобильных кузовов, радиаторов, оперения автомобиля применяют тонколистовую холоднокатаную малоуглеродистую качественную нестареющую сталь с малым содержанием азота и заданной величиной зерна. Площадка текучести на первичной диаграмме отсутствует. Исследование макроструктуры позволяет обнаружить в металле волокнистость, усадочные раковины, рыхлости, пустоты, трещины, шлаковые включения, а также установить характер поверхности среза при вырубке, направление волокон при гибке, вытяжке и других операциях, наличие разрывов и начавшихся трещин. Исследование микроструктуры устанавливает характер структуры (равноосность и равномерность зерен), размер зерен, наличие или отсутствие в стали строчечности, перлита (пластинчатый, зернистый) и т. д. Наиболее благоприятна ферритная структура либо структура из феррита и зернистого перлита, которые обеспечивают высокую пластичность и штампуемость. Пластинчатый перлит хотя деформируется удовлетворительно, но при штамповке дает худшие результаты, чем зернистый. Находящийся в листовой стали углерод в виде свободного цементита (Fe8C) отрицательно влияет на вытяжные свойства металла. Один из важнейших факторов, определяющих пригодность материала к той или иной штамповочной операции, — размер зерна, влияющий на пластичность и на состояние поверхности заготовки. Размер зерна оценивается по баллам путем сравнения с микрофотографиями, приложенными к соответствующим ГОСТам. Металлы с очень мелким или крупным зерном обладают низкой пластичностью на вытяжных операциях. Крупнозернистая структура материала приводит к образованию шероховатой поверхности отштампованной детали. Крупнозернистый металл обладает меньшей прочностью и твердостью по сравнению с мелкозернистым. Механические свойства определяются, как правило, испытаниями на растяжение, а также замером твердости.
К числу наиболее важных характеристик материала, определяющих его пригодность к листовой штамповке, относятся показатели прочности (предел текучести ат, временное сопротивление разрыву ав, истинное сопротивление разрыву SB), твердости (по Бринеллю НВ, по Виккерсу HV, по Роквеллу «HR», по Шору HSD), пластичности (относительное удлинение 6, относительное сужение гр, деформация в устойчивой зоне растяжения — равномерная деформация —6 В ) , а также модуль упрочнения п. Чем больше значения 6, 6В, чр, ipB, п, тем выше штампуемость.
Измерение твердости применяют для определения характеристики прочности и сопротивления деформации. При измерении твердости, так же как и при испытании на растяжение, руководствуются стандартами. Для листов толщиной 2 мм и более применяют метод Бринелля; 0,5 мм и более — Роквелла; 0,15 мм и более — Виккерса. Для более тонких листов применяют специальные методы (суперроквелл, микротвердость и др.).
Для количественного определения штампуемости в конкретных условиях данной операции применяют технологические испытания на срез, перегиб, пружинение при гибке, вытяжку цилиндрического колпачка, глубину выдавливания (точнее формовки) сферической лунки, отбортовку отверстия и др. Схемы наиболее распространенных испытаний приведены на рис. 1.6. W При испытаниях на срез определяют сопротивление материала срезу, а также для материалов со сложной кристаллической структурой (легированные стали, титановые сплавы и др.) качество среза. Их применяют и для определения штампуемости при вырубке, пробивке и других разделительных операциях.
При испытании на перегиб отрезанный от листа или ленты образец зажимают в специальных тисках или приборе и перегибают попеременно то в одном, то в другом направлении на 90° до излома или числа перегибов, указанного в технических условиях. Признаком годности материала служит отсутствие в месте перегиба расслоений и отслаивания плен, накладов и других дефектов металлургического происхождения, трещин и полного разрушения.
