Факторы влияющие на процесс пластической деформации металлов

Виды деформации при обработке давлением. Холодная деформация металла вызывает его упрочнение (наклеп). При небольшом нагреве в холодно-деформированном металле частично восстанавливается искаженная кристаллическая структура и уменьшаются напряжения, при этом размеры и форма деформированных зерен не изменяются. Такое явление, объясняющееся повышением при нагреве активности атомов, называется возвратом или отдыхом. У чистых металлов возврат протекает при Т = (0,25…0,35) • Тпл (Тпл – абсолютная температура плавления металла).

При Т ≥ 0,4 • Тпл (для чистых металлов) в металле протекает процесс рекристаллизации. Рекристаллизация – это явление зарождения и роста в деформированном металле (рис. 14, а) новых равноосных зерен (рис. 14, б) с неискаженной кристаллической структурой, сопровождаемое полным снятием остаточных напряжений и упрочнения.

Ликвидируя строчечную структуру деформированного металла, рекристаллизация не изменяет его волокнистого строения, так как вытянутые при деформации неметаллические включения не подвергаются рекристаллизации и сохраняются после обработки давлением. Интенсивность роста рекристаллизованных зерен зависит, в основном от температуры металла, времени выдержки при этой температуре и степени предшествовавшей деформации.

Рекристаллизация начинается при вполне определенных для каждого металла температурах, называемых температурой рекристаллизации. Чем выше температура нагрева, тем интенсивнее рекристаллизуется металл и тем крупнее зерно. На величину зерен большое влияние оказывает степень деформации. При очень малых степенях деформаций (примерно 6–7 %) пластическая деформация происходит в пределах отдельных зерен без разрушения межзеренных прослоек. Объединение зерен затруднено и, следовательно, количество и размеры их в результате рекристаллизации остаются неизменными.

При степенях деформаций, составляющих 8–10 %, разрушаются границы между зернами. Рекристаллизация сопровождается объединением соседних зерен, размеры которых резко увеличиваются. При больших степенях деформаций в результате раздробления зерен увеличивается число центров кристаллизации, и металл получает мелкозернистую структуру.

При чрезмерно высоких температурах в результате интенсивной рекристаллизации происходит перегрев, при котором величина зерен резко увеличивается. В связи с тем, что крупнозернистый металл имеет пониженные механические свойства, перегрев – явление нежелательное. При нагреве же до температур, близких к температуре плавления, начинается пережог, характеризующийся окислением металла по границам зерен и потерей им пластичности.

Если перегрев можно исправить соответствующей термообработкой (например, нормализацией), то пережог является окончательным браком и такой металл отправляют на переплавку. При обработке давлением в металлах одновременно протекают упрочняющие и разупрочняющие процессы (наклеп и рекристаллизация). В зависимости от того, какие из этих процессов преобладают, обработку давлением подразделяют на горячую, неполную горячую, неполную холодную и холодную деформацию.

Неполная горячая деформация характеризуется тем, что рекристаллизация не успевает охватить все деформированные зерна и в металле появляются остаточные напряжения. Такая деформация происходит при температурах, близких к температуре рекристаллизации. Чем больше скорость деформирования, тем большее число зерен не успевает подвергнуться рекристаллизации.

При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но весь объем металла подвергается возврату. Такой процесс протекает при температуре выше температуры возврата. Металл получает волокнистую структуру и значительные остаточные напряжения. Такой металл имеет большую прочность и меньшую пластичность по сравнению с металлом, подвергнутым неполной горячей обработке давлением.

Холодная деформация металла сопровождается интенсивным упрочнением с образованием больших остаточных напряжений. Зерна приобретают вытянутую форму, а металл получает строчечную структуру (рис. 14, а). Прочность металла в результате холодной деформации резко увеличивается, а пластичность значительно уменьшается. Холодная деформация осуществляется при температурах, которые ниже температуры возврата, и часто используется для получения деталей с особыми физико-механическими свойствами. Большинство металлов и сплавов подвергают горячей обработке давлением, так как при повышенных температурах они имеют высокие пластические свойства и низкое сопротивление деформированию.