Упрочнение стали при холодной деформации

ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ СТАЛИ

Холодная деформации, которой подвергается, как правило, горячедеформированная сталь, проводится для получения стальных изделий нужной формы и размера с заданной чистотой поверхности. Существует несколько способов холодной деформации стали - прокатка, волочение, экструзия, штамповка, каждый из которых производится на специальном оборудовании. Холодная прокатка осуществляется на специальных станах. Мало- и среднеуглеродистые стали прокатывают на непрерывных многоклетьевых, труднодеформируемые — на одноклетьевых, легированные, в том числе нержавеющие,— на реверсивных станах. При прокатке широких полос малой толщины используют многовалковые станы.

Деформацию волочением применяют при производстве изделий малых сечений и относительно большой длины (проволоки, тонкостен­ных труб малого диаметра). Волочение горячекатаных прутков осу­ществляют с целью повышения точности размеров и качества поверх­ности (этот процесс еще называют калибровкой). Калибровке подвер­гают также катанку и трубы, получаемые горячей прокаткой или прессованием. Волочение позволяет увеличить диаметр труб (раздача труб волочением). При экструзии металл протягивается через спе­циальные матрицы — фильеры. Этим способом можно получить изде­лия любого профиля. Холодной штамповкой листовой стали изготав­ливают полые изделия. К основным операциям холодной штамповки относятся гибка, свертка, вытяжка, обжим, раздача.

В процессе холодной деформации сталь значительно упрочняется, поэтому холодная прокатка, волочение, экструзия — весьма эффек­тивные способы повышения прочности стали. С помощью холодной деформации в изделиях специального назначения удается повысить прочность до 3000 МПа и выше.

Способность стали к деформационному упрочнению в процессе холодной пластической деформации характеризуется показа­телем деформационного упрочнения п_у, который определяется экспериментально при испытаниях на растяжение:

где d ₀ и d _в - соответственно диаметры образца до испытания и в мо­мент максимальной нагрузки.

Упрочнение стали начинается после окончания упругой стадии деформации, когда в металле происходит множественное скольжение дислокаций и тормозится их движение. Величина пластической дефор­мации е, приводящей к генерированию дислокаций в стали, опреде­ляется выражением

,

где σ — текущее напряжение; σ_т — предел текучести; Е — модуль сдвига стали.

Плотность дислокаций с вектором Бюргерса Ь, образующихся при пластической деформации, пропорциональна отношению е/Ь.

Напряжение течения (предел текучести) стали зависит от плотности дислокаций р_┴:

Здесь σ_i — сопротивление решетки пробегу дислокаций; G— модуль сдвига стали.

При прохождении через клети прокатного стана с увеличением степени деформации сталь упрочняется постепенно, что приводит к возрастанию в последующих клетях деформирующих усилий. Следует отметить, что упрочнение стали растет непропорционально увеличе­нию обжатия: оно наиболее сильно развивается на начальных этапах деформации (до 20 %), затем его интенсивность снижается.