Классификация процессов деформации по температурно-скоростному признаку

Знание особенностей процесса деформации при нормальных и повышенных температурах, низких и высоких скоростях позволяет все процессы обработки металлов давлением разделить на четыре вида: холодную, неполную холодную, неполную горячую и горячую деформацию. Холодная деформация – это деформация, которая не сопровождается, разупрочнением. Холодная деформация осуществляется, как правило, при низких и умеренных скоростях, когда влияние теплового эффекта не приводит к существенному изменению температуры заготовки. Температура холодной деформации для различных металлов очень различна, например: для свинца – (100…150)° С, для вольфрама + (450…800)° С. Холодная деформация приводит к значительным изменениям структуры, физических и механических свойств металлов. При холодной деформации сопротивление деформации σ_s (высокое уже вначале) непрерывно увеличивается в процессе формообразования изделия, а пластичность уменьшается. Это требует больших усилий для ОМД и ограничивает возможность получения изделия заданной формы за один переход.

Неполная холодная деформация – это деформация, которая сопровождается не значительным разупрочнением в форме возврата. Неполная холодная деформация обычно осуществляется в температурном интервале (0,3…0,5) Т _пл, когда интенсивно протекают процессы возврата, а рекристаллизация не идет совсем или идет с очень малой скоростью. Скорость деформации может быть любой, однако не слишком высокой, чтобы влияние теплового эффекта не приводило к значительному повышению температуры и активизации диффузионных процессов. Неполная холодная деформация приводит почти к таким же изменениям структуры и механических свойств металлов, как и холодная.

Неполная горячая деформация – это деформация, которая сопровождается значительным разупрочнением в форме возврата и частичной рекристаллизации. Неполная горячая деформация обычно осуществляется в температурном интервале (0,5…0,7) Т _пл, когда интенсивно протекает динамическая рекристаллизация, но ее скорость недостаточно высока и не происходит полного разупрочнения металла.

При неполной холодной и неполной горячей деформациях сопротивление деформации σ_s значительно ниже, чем при холодной. Это дает возможность осуществлять обработку давлением даже крупногабаритных деталей на оборудовании сравнительно небольшого тоннажа. Пластичность при этих видах деформации, как правило, выше, чем при холодной, т.к. повышение температуры, во-первых, обусловливает появление новых систем скольжения и облегчает переползание дислокаций, а во-вторых, приводит к активизации разупрочняющих процессов, способствующих восстановлению высокой пластичности. В практике ОМД неполную холодную и неполную горячую обычно не разделяют и рассматривают как один вид деформации, называя его полугорячей (или теплой) деформацией. Термин «полугорячая деформация» чаще используется в кузнечно-штамповочном производстве, термин «теплая деформация» - в прокатном.

Горячая деформация – это деформация, которая протекает с полным разупрочнением. Горячая деформация осуществляется при температурах 0,7Т_пл и выше. В процессе горячей деформации литого металла, особенности строения которого описаны выше, происходит существенное изменение его структуры: залечивание дефектов, дробление дендритов и межкристаллитных прослоек, получение равноосных зерен равновесного размера. Благодаря этому механические свойства литых металлов после горячей деформации значительно повышаются. Однако после того, как литой металл получит деформацию, достаточную для преобразования структуры в деформированную, его свойства и структура остаются неизменными на протяжении всего процесса обработки давлением (разумеется, если температура в процессе обработки не меняется).

При горячей деформации истинное сопротивление деформации не изменяется (рис. 6.3, кривая 4), а при холодной – кривая σ_s – ε идет наиболее круто (рис. 6.3, кривая 1). Неполную горячую и неполную холодную деформации, для которых кривые σ_s – ε определяются неоднозначно, объединяют в область полугорячей деформации (между кривыми 2, 3). Кривые σ_s – ε позволяют отнести деформацию к тому или иному виду. Например, деформация свинца при комнатной температуре идет с полным разупрочнением (кривая 4) и, следовательно, является горячей, а деформация вольфрама при 400°С холодная, так как идет по кривой 1 без разупрочнения.

6.3

Влияние температуры, скорости и степени деформации на сопротивление деформации.

В самом общем виде истинное сопротивление деформации σs обусловлено совместным влиянием физико-химических свойств материала ФК, температуры деформации Т, скоростью ξ и степенью деформации ε, а также характером изменения деформации во времени Тε (t):

(6.1)

Влияние каждого из факторов настолько многообразно, что установить вид этой функции не представляется возможным даже на феноменологическом уровне. Поэтому ученые и практические работники – специалисты по ОМД – предпринимали многочисленные попытки установить на экспериментальной основе хотя бы частные зависимости σ_s от основных факторов. Влияние температуры на сопротивление деформации сплава заданного состава может быть установлено на основании температурного закона Курнакова:

, (6.2)

где – сопротивление деформации, экстраполированное до температуры плавления ; – константа, зависящая от физико-химических свойств материала. Частные зависимости от скорости деформации установлены на основании многочисленных экспериментальных исследований:

; (6.3)

. (6.4)

Здесь – параметры, обусловленные физико-механическими свойствами металла и температуры.

Первая формула описывает зависимость между и при холодной и неполной холодной деформации, вторая – при неполной горячей и горячей. Несмотря на простоту, формулы (6.3), (6.4) не нашли широкого применения, так как для каждого металла необходимо определять значения , а они существенно зависят от химического состава. Поэтому использование формул (6.2)...(6.4) для условий, отклоняющихся от тех, при которых найдены входящие в них параметры, может давать ощутимые ошибки.

Выражения (6.2) и (6.4) можно объединить и получить обобщенную формулу для вычисления сопротивления деформации:

, (6.5)

где – константа, характеризующая сопротивление деформации при , , ; – коэффициент, учитывающий влияние степени деформации. Формула удовлетворительно описывает зависимость от температурно-скоростных условий при и .

В последние годы успешно развивается направление, предложенное В. И. Зюзиным. Сопротивление деформации можно представить как функцию некоторого базисного значения сопротивления деформации и коэффициентов учитывающих влияние температуры, скорости и степени деформации в таком виде:

. (6.6)

Эта формула по существу представляет собой модификацию формулы (6.5), но отличается от предыдущей чисто эмпирическим происхождением коэффициентов и базисного значения . Коэффициенты, входящие в уравнение (6.6) вычисляют следующим образом: