Обработка металлов давлением. Лекция №19

1.

Российский государственный университет нефти и газа
(национальный исследовательский университет) имени И.М.
Губкина
Кафедра трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования
УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Лекция № 19
Преподаватель:
Доцент кафедры ТиТРНГО, к.т.н. Буклаков Андрей Геннадьевич
Москва 2020 год

2.

Обработка металлов
давлением

3.

Схемы упругой и пластической деформации
металла под действием напряжения сдвига
а – первоначальный кристалл;
б – упругая деформация;
в – увеличение упругой и появление пластической деформации, вызванной
скольжением при нагружении, больше предела упругости;
г - напряжение, обусловливающее появление сдвига (после сдвига сохранилась
остаточная деформация);
д - образование двойника

4.

Схема напряженного состояния в
стержне
Нормальная составляющая силы Р
N = P cos (a),
Касательная составляющая
Т = P cos(90 — a) = Р sin а.
Площадь наклонного сечения
FII = FI/cos (а).
Нормальные напряжения:
I = P/FI
FI — площадь образца в
поперечном сечении I - I.
Нормальное ( N) и касательное
(сдвигающее) ( T) напряжения на
наклонной площадке:
N
N
I cos 2 (a)
FII
T
T
I sin( 2a )
FII
2

5.

Физические основы пластической деформации
а – деформация различно
ориентированных зерен
б – скольжение зерен в направлении
деформации
в – формирование направленной
структуры
В результате холодной деформации прочностные свойства металла и твердость с
ростом степени деформации увеличиваются, а его пластические свойства
уменьшаются. Происходит упрочнение металла.

6.

Упрочнение – изменение структуры и свойств металлического
материала, вызванное пластической деформацией
Зависимость сопротивления деформированию от плотности дислокаций
Наклепом называется упрочнение металла при холодной пластической
деформации. В результате наклепа прочность, твердость повышаются, а
пластичность и ударная вязкость уменьшаются. Упрочнение возникает вследствие
увеличения числа дефектов кристаллической структуры, которые затрудняют
движение дислокаций, а следовательно, повышают сопротивление деформации и
уменьшают пластичность.

7.

Образование текстуры:
в стружке
в соединительном крюке
железнодорожного вагона,
полученного ковкой из куска
катаного круга из
среднеуглеродистой стали
При деформировании округлые зерна заменяются
вытянутыми в направлении деформации, образуется
так называемая текстура (textura – ткань, связь,
строение) – анизотропная поликристаллическая или
аморфная среда, состоящая из кристаллов или
молекул с преимущественной ориентировкой.
Текстуры могут быть осевыми – с предпочтительной
ориентировкой элементов текстуры относительно
одного особого направления, плоскими – с
ориентировкой относительно особой плоскости и
полными – при наличии особой плоскости и особого
в ней направления. Текстура создает анизотропию
свойств.
в головке болта
полученной осадкой; в
основной части,
полученной вытяжкой, в
гайках, из которых одна
была выточена из
пруткового проката, а
другая откована

8.

При нагреве наклепанного металла в нем протекают следующие процессы:
· частичное восстановление структурного совершенства в результате уменьшения
точечных дефектов за счет увеличения подвижности атомов (избыточные вакансии и
межузельные атомы взаимодействуют между собой, а также поглощаются дислокациями
при перераспределении последних при нагреве) и снижение внутренних напряжений
(процесс возврата);
· уменьшение плотности дислокаций за счет аннигиляции противоположных по знаку
дислокаций и образование субзерен (полигонов), свободных от линейных
несовершенств, за счет выстраивания дислокационных стенок (процесс полигонизации);
· зарождение и рост новых равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой
структуры деформированного металла (процесс рекристаллизации)
Рекристаллизация холоднодеформированной стали:
а) зарождение новых мелких недеформированных зерен; б) конец первичной
рекристаллизации; в) вторичная рекристаллизация.

9.

Изменение в процессе нагрева деформированного металла
прочности, пластичности и зернистого строения
Температуру начала рекристаллизации, при которой протекает
рекристаллизация, происходит разупрочнение
холоднодеформированного металла и восстановление его
пластичности называют температурным порогом рекристаллизации
ТПР.

10.

Влияние температуры на предел
прочности и относительное удлинение

11.

Диаграмма рекристаллизации низкоуглеродистой стали

12.

Горячая обработка давлением
1 - область пережога
2 – зона перегрева
3 – зона горячей
обработки давлением
4 – зона наклепа
Перегрев является дефектом нагрева и его можно устранить до обработки давлением
отжигом или нормализацией.
Пережог металла — неисправимый брак

13.

Закономерности обработки металлов
давлением
• Закон постоянства объема: объем тела до деформации
практически равен объему тела после деформации.
• Закон подобия: при осуществлении в одинаковых
условиях одних и тех же процессов пластического
деформирования геометрически подобных тел из
одинакового материала отношение усилий
деформирования равно квадрату, а отношение
затраченных работ – кубу отношений соответствующих
линейных размеров.
• Закон наименьшего сопротивления: в случае
возможности перемещения точек деформируемого тела в
различных направлениях, каждая точка перемещается в
направлении наименьшего сопротивления
• Закон сдвигающего напряжения: пластическая
деформация может начаться только в том случае, если
сдвигающие напряжения, возникающие в
деформируемом теле, достигнут определенной величины,
зависящей от природы тела и условий деформации.

14.

Схемы напряженного состояния
а)
б)
Схемы напряженного (а) и деформированного (б) состояний:
I – линейное напряженное состояние; II – плоское; III – объемное

15.

Влияние схем напряжения на металл и
его сопротивлению деформации

16.

Спасибо за внимание!