Сущность пластической деформации. Физические основы пластической деформации металлов.

В природе абсолютно твердых тел нет. Все твердые тела под действием внешних сил изменяют свою форму. Это изменение носит название деформации. Различают упругую и остаточную или пластическую деформацию. Упругой деформацией называется такая деформация, когда тело после удаления приложенных к нему сил полностью возвращает свою форму и размеры. Упругая деформация ограничивается пределом упругости. Если же внешние силы превзошли этот предел, то появляется остаточная деформация. Величина деформации определяется изменением формы металла под действием внешних сил и увеличивается с увеличением этих сил. Однако увеличение внешних сил ограничивается пределом текучести и временным сопротивлением разрыву (пределом прочности) самого металла. Если величина внешней деформирующей силы превзойдет временное сопротивление, то металл разрушится: чем больше разница между временным сопротивлением и пределом упругости, тем шире границы обработки металлов давлением. Следовательно, областью обработки металла давлением будут являться предел упругости и временное сопротивление разрыву. 

Металл может обрабатываться как в холодном, так и в горячем состоянии. При обработке в горячем состоянии деформированные зерна стремятся к восстановлению размеров и формы, свойственным им при данной температуре. Иначе говоря, при горячей обработке металла идут одновременно два процесса: механический процесс деформации под действием внешних сил и внутренний процесс рекристаллизации. При холодной обработке зерна металла остаются деформированными, Т.е. появляется наклеп металла, а рекристаллизация отсутствует. Отсюда следует, что возможности образования новых кристаллов из деформированных способствует нагрев металла до температуры выше критической. Только в этом случае металл будет обладать достаточной пластичностью.

На пластичность и сопротивляемость металла влияют химический состав металла, температура нагрева, скорость деформации, геометрические размеры тела, степень наклепа, рекристаллизация.

Следовательно, для повышения пластичности и уменьшения затрачиваемой работы при обработке металла желателен высокий нагрев его. Однако имеются границы, которые не следует переходить во избежание получения крупнозернистой структуры. Исследования показали, что горячее деформирование не оказывает остаточного влияния на микроструктуру, которая определяется термическими условиями деформированного металла и последующей термообработкой. Иное наблюдается в отношении макроструктуры. В этом случае разрушается первоначальное литое строение, которое вытягивается в направлении вытяжки, и получается первичная волокнистая структура. Механические свойства металла при горячей обработке (предел упругости и текучести, временное сопротивление) практически остаются без изменений как в поперечном, так и в продольном направлении. Большое влияние на удлинение металла оказывает поперечное сужение и ударное сопротивление. В этом случае образцы в продольном направлении имеют более высокие характеристики, чем в поперечном.

При холодной обработке металл теряет свою пластичность и взамен ее приобретает хрупкость. В первых стадиях такой обработки упрочнение металлов протекает наиболее интенсивно. При увеличении деформации интенсивность изменения свойств снижается и металл почти полностью утрачивает свою пластичность. Дальнейшая деформация может вызвать разрушение. Холодная обработка значительно изменяет свойства стали. В зависимости от направления течения металла и приложенных внешних сил при холодной обработке возможна неравномерность свойств металла в разных направлениях, т.е. анизотропность. Полученные измененные свойства стали при холодной обработке вследствие упрочнения могут быть легко восстановлены термообработкой. В процессе устранения последствий холодной обработки путем нагрева следует различать два этапа:

- возврат, когда восстановление механических и физических свойств металла в значительной степени происходит без изменения структуры; для наклепанной углеродистой стали он наступает при температуре нагрева 400-500 с;

- рекристаллизация, когда полностью восстанавливаются механические свойства и структура металла (при более высоких температурах, чем первый).

В процессе рекристаллизации можно получить различную величину зерна. Она является функцией многих факторов, основные из которых: величина деформации, температура рекристаллизации, продолжительность выдержки при температуре рекристаллизации и др.