Влияние обработки давлением и условий ее осуществления на свойства и структуру исходного материала

Обработка давлением изменяет не только форму исходной заготовки, но влияет и на механические свойства и структуру обрабатываемого металла. При этом следует различать холодную и горячую обработку давлением.

Холодная обработка давлением вызывает так называемое физическое упрочнение или наклеп.

Основными признаками упрочнения, которые обнаруживаются в микроструктуре металла, являются следующие: изменение формы зерен — вытягивание их в направлении наибольшей деформации и появление определенной ориентировки зерен в одном направлении. Таким образом, структура металла становится волокнистой.

Влияние упрочнения на механические и физические свойства металла выражается в увеличении предела прочности, предела текучести и твердости при одновременном падении относительного удлинения, поперечного сужения и ударного сопротивления.

Теплопроводность, электропроводность и магнитная проницаемость в результате холодной обработки давлением уменьшаются, а растворимость увеличивается. Особо следует подчеркнуть, что никакого уплотнения металла от холодной обработки давлениемнепроисходит, наоборот, отмечается даже некоторое уменьшение его удельного веса. Изменения, внесенные холодной обработкой давлением в структуру и свойства металла, не являются стойкими. Упрочнение, например, может быть снято при помощи термической обработки (отжигом).

При горячей обработке давлением одновременно с процессом деформации будет протекать процесс рекристаллизации, который является процессом разупрочняющим. Явление рекристаллизации возникает (для чистых металлов) при абсолютных температурах, составляющих, около 0,4 от абсолютной температуры плавления. Так как рекристаллизация протекает во времени, то на конечную структуру металла оказывает влияние не только температура, но и скорость деформирования. Таким образом, обработка давлением нагретого металла представляет собой сложный термомеханический процесс, который в зависимостиот соотношений между скоростью рекристаллизации, зависящей от температуры, и скоростью деформирования может приводить к изменению структуры обработанной давлением заготовки.

Если рекристаллизация в процессе деформации проходит настолько полно, что металл при окончании обработки имеет рекристаллизованную структуру без следов упрочнения, то такую обработку называют горячей. Если деформация сопровождается только упрочнением без рекристаллизации и металл при окончании обработки имеет структуру наклепанного металла, то эту обработку называют х о л о д н о и.

Горячую обработку давлением применяюткак для переработки исходного литого материала в виде слитков, так и последующих обработок полученных полуфабрикатов. Для холодной обработки давлением применяют, как правило, металл в виде тех или иных заготовок, прошедший предварительно горячую обработку давлением.

Волокнистая макроструктура металла, полученная в результате горячей обработки давлением исходного слитка стали, не может быть разрушена ни термической обработкой, ни последующей обработкой давлением. Последняя может лишь изменить направление волокон.

Нагрев при обработке металлов давлением. Термический режим

Нагрев металла вызывает изменения его механических характеристик. Эти изменения будут способствовать обработке давлением, если сопротивление металла деформированию с повышением температуры будет падать, а пластичность, наоборот, будет увеличиваться. Чем меньше сопротивление деформированию и чем больше пластичность, тем выше ковкость металла. Существуют специальные методы для определения сопротивляемости металлов деформированию и их пластичности при различных температурах и видах обработки. Ориентировочные данные можно получить испытанием на растяжение. Если предел текучести и предел прочности с увеличением температуры падают, а относительное удлинение и сужение увеличиваются, то ковкость металла обычно увеличивается. Ковкость стали с повышением температуры выше ~300⁰ непрерывно увеличивается вплоть до температур, близких к температуре плавления для стали с содержанием углерода 0,1%. При нагреве до температуры, близкой к линии АЕ, (рис.7)наступает пережог, выражающийся в появлении хрупкой пленки в стали между зернами металла вследствие окисления их границ. При пережоге происходит полная потеря пластичности. Пережженный металл представляет собой неисправимый брак и может быть пущен только на переплавку.

Таким образом, температура нагрева металла под обработку давлением должна быть ниже температуры пережога, максимальную температуру нагрева, т. е. температуру начала горячей обработки (прокатки, ковки, штамповки и т. д.), следует назначать так, чтобы не было ни пережога, ни перегрева.

Заканчивать горячую обработку давлением следует также при определенной оптимальной температуре. Если продолжать обработку при более низких температурах, сталь получит наклеп, и в поковке могут образоваться трещины. Если кончать обработку при температурах, значительно превышающих оптимальную, сталь получит крупнозернистую структуру, которая, однако,может быть исправлена отжигом.

Итак, при горячей обработке давлением необходимо соблюдать определенный температурный интервал, зависящий от химического состава сплава.

Для качества изделий, получаемых горячей обработкой давлением, имеет существенное значение не только режим нагрева, но и режим охлаждения. Слишком быстрое охлаждение может привести к образованию в результате термических напряжений наружных трещин. Чем меньшую теплопроводность имеет сталь и чем больше размер изделия, тем медленнее должно быть охлаждение.

Нагревательные устройства, в которых осуществляют нагрев металла для обработки давлением, в основном разделяются на нагревательные печи и электронагревательные устройства.

Печи, в свою очередь, разделяются на пламенные, в которых тепло получается за счет сжигания топлива, и электрические, где источником разогрева является электрическая энергия. Электронагревательные устройства отличаются от электрических печей тем, что при их помощи тепло возникает непосредственно в самой нагреваемой заготовке.

Наибольшее распространение для нагрева металлов под обработку давлением имеют пока пламенные печи, отличающиеся максимальной универсальностью и позволяющие (в зависимости от размера печи) нагревать как самые мелкие заготовки, так и слитки весом до 300 т.

Прокатка представляет собой процесс обработки металлов давлением, производимый путем пропуска металла в зазор между вращающимися валками, меньший, чем толщина обрабатываемой заготовки. Сдавливая металл, валки вследствие трения, возникающего между их поверхностями и металлом, одновременно осуществляют движение подачи. Таким образом, деформации будут последовательно подвергаться все участки заготовки, пока вся заготовка не пройдет между валками.

В процессе прокатки имеет место уменьшение толщины заготовки (обжатие) при одновременном увеличении ее длины (вытяжка) и ширины (уширение). Площадь поперечного сечения заготовки в результате прокатки всегда уменьшается.

Отношение последующей длины к первоначальной называется вытяжкой.

Прокатка имеет огромное значение в народном хозяйстве. Достаточно сказать, что не менее 75% всей выплавляемой стали подвергают прокатке. Кроме того, прокатывают и большое количество выплавляемого цветного металла.

Область применения прокатанного металла огромна. Прокатанный металл используют непосредственно в конструкциях (металлические конструкции — мосты, фермы, клепаные и сварные детали, станины машин, железобетонные конструкции и многое другое); он же является заготовкой для изготовления деталей в механическихцехах, а также заготовкой для последующей ковки и штамповки.

Форма поперечного сечения прокатанного изделия называется его профилем. Совокупность различных профилей разных размеров, получаемая прокаткой, называется сортаментом.

Сортамент прокатываемых изделий отличается чрезвычайным разнообразием.

Можно в общих чертах наметить следующие основные группы стального проката: 1) сортовой, 2) листовой,3) трубы, 4) специальныевиды и 5) периодический.

Профили сортового проката разделяются на две группы: 1) профили простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник, полоса); 2) фасонные профили, которые, в свою очередь, можно подразделить на фасонные профили общего назначения и профили специального назначения.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: