Упругая и пластическая деформация металлов. Способы обработки металлов давлением (стр. 1 из 2). Пластическая и упругая деформация металлов
Упругая и пластическая деформация металлов. Способы обработки металлов давлением (стр. 1 из 2)
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДРАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Упругая и пластическая деформация металлов. Способы обработки металлов давлением»
МИНСК, 2008
Понятие об упругой и пластической деформации металлов
Деформация – изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую)
Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму. Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).
Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.
Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.
Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинаться разрушение металла.
При пластической деформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенных кристаллографических осей в направлении течения металла. Преимущественная ориентация зерен называется текстурой. Текстура металлов обусловливает анизотропию их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий. В некоторых случаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрических свойств.
Сущность холодной и горячей обработки металлов давлением
В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.
Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, а характеристики снижаются. Металл становится более твердым, но мене пластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличение искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопление дислокаций у границы зерен).
Изменение, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла не обратимы. Они могут быть устранены, например с помощью термической обработки (отжигом).
В этом случае происходит перестройка, при которой за счет дополнительной тепловой энергии, увеличивается подвижность атомов и в твердом металле без фазовых превращений из множества центров растут новый зерна заменяющие собой вытянутые “деформированные зерна”.
Явление зарождения и роста, новых равнооснах зерен взамен деформированных, вытянутых, происходящее при определенных температурах, называется рекристаллизацией . Для чистых металлов рекристаллизация начинается при абсолютной температуре, равной 0,4 абсолютной температуре плавления металла. Горячая обработка металлов металлов давлением производится при температурах, значительно превышающих температуру их рекристаллизации, когда скорость процесса упрочнения, вызванного деформацией. При этом микроструктура металла после обработки давлением оказывается равноосной, без следов упрочнения. Зерна в металле получаются тем мельче, чем больше степень деформации.
Перед горячей обработкой давлением металлы и стали нагревают до определенной температуры (начало горячей обработки давлением) для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Однако в процессе обработки температура металла понижается. Минимальная температура, при которой можно производить обработку, называется температурой окончания обработки давлением. Область температуры между началом и окончанием, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформированию, называют температурным интервалов горячей обработки давлением.
При этом температура нагрева металла выбирается такой, чтобы не возник, пережег либо перегрев. Пережег, характеризуется окислением металла на границе зерен, в результате чего он становится хрупким и при ударе разрушается. Перегрев сопровождается резким ростом размеров зерен, вследствие чего ухудшаются механические свойства.
Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 – 470-350С; медный сплав БрАЖМц – 900-750С; титановый сплав Вт8 -1100-900С; сталь 45 – 1200-750С.
Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Нагрев осуществляется в различных печах и нагревательных устройствах. Выбор способа нагрева заготовок определяется технико-экономических соображениями.
Способы обработки металлов давлением
Обработка металлов давлением дает возможность получить изделие, которое получает окончательную форму после дополнительной обработки, или готовое изделие, не нуждающееся в дальнейшем изменении размеров. Обработка давлением обеспечивает массовое производство деталей одинакового размера с минимальными затратами времени и труда. Этот вид обработки имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами в отношении производительности и экономии металла, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла, заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т.д.) при наименьшей их массе.
К примеру: при обработке резанием за один час работы револьверного станка можно получить 20 болтов (без резьбы) диаметром 12 мм и длиной 25 мм, на четырехшпиндельном автомате можно получить 80 таких же станков. Болтовысадочная ковочная машина за час дает 4200 штук таких же болтов.
При современных методах холодной штамповки, чеканки, калибровки, а также холодной высадке можно получить заготовки, почти не требующие обработки резаньем.
К основным способам обработки металлов давлением относятся процессы прокатки, волочения, прессования (выдавливания), свободной ковки, горячей и холодной объемной штамповки, а также листовой или холодной штамповки.
Прокатка
Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) металла между вращающимися валками, зазор между которыми меньше толщины обжимаемой заготовки.
Рис. 1. Прокатка
В результате обжатия поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается. Деформацию заготовки обычно определяют относительным обжатием, % :
, (1)
где
- высота заготовки.Практика производится гладкими цилиндрическими волоками и волоками, имеющими на своей поверхности особые проточки, называемые ручьями. При плотном соприкосновении волоков их ручьи образуют закрытые контуры, называемые калибрами. Комплект практичных волоков со станиной называют рабочей клетью.
Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а ручьевыми волоками – различные прокатные профили.
Обычно относительное обжатие заготовки за один проход не превышает даже для горячего металла 70 – 30 %, поэтому окончательный профиль продукта получается многократным процессом повторения обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропуске заготовки площадь её поперечного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.
При горячей прокатке стали гладкими волоками угол захвата равен 15-24°, при холодной – 3-8°, сортового металла 25-27°.
Технологический процесс современного прокатного производства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки), прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.
Волочение
При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой . При этом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки.
mirznanii.com
Упругая и пластическая деформация металлов
Упругая и пластическая деформация металловКатегория:
Металлы
Упругая и пластическая деформация металловУпругие и пластические деформации по внешнему проявлению и по сущности происходящих внутри металла процессов отличны друг от друга, хотя и вызываются действием одних и тех же сил.
Упругой деформацией называется изменение формы и размеров тела, возникающее с приложением напряжения и исчезающее с его устранением.
Для уяснения природы упругой деформации кристаллических тел и, прежде всего, металлических материалов рассмотрим действие напряжений на пространственную кристаллическую решетку, например кубического типа (рис. 1).
Отметим, что любое приложенное напряжение обязательно вызовет изменение расстояний между атомами.
Рис. 1. Схема изменений в кристаллической решетке при упругой деформации и хрупком разрушении: а — исходное состояние; б — упругая деформация; в — хрупкое разрушение
Под действием, например, нормального растягивающего напряжения атомы в пространственной решетке выходят из равновесного состояния и удаляются друг от друга (рис. 1,б). Если приложенные напряжения не так велики, чтобы преодолеть силы взаимодействия атомов, то после удаления нагрузки (снятия напряжения) атомы возвратятся на прежние места и расстояния между ними примут прежние значения. Внешне это проявится в восстановлении формы и размеров упруго деформированной детали.
Если нормальное растягивающее напряжение, вызывающее упругую деформацию, превзойдет силы междуатомного взаимодействия, то связь между атомами будет нарушена и произойдет хрупкое разрушение или разрушение путем отрыва (рис. 1,в).
Следует иметь в виду, что в чистом виде хрупкое разрушение в металлах встречается довольно редко. В большинстве случаев разрушение наступает после большей или меньшей пластической деформации.
Пластической или остаточной деформацией называется изменение формы и размеров, возникающее с приложением напряжения и сохраняющееся при его удалении. Возникновение пластической деформации еще не является характеристикой разрушения или начала разрушения металла. Наоборот, в результате пластической деформации металл упрочняется и для дальнейшего деформирования его требуется приложение более высоких напряжений.
Упрочнение по мере накопления остаточной деформации продолжается до тех пор, пока не будет полностью исчерпана способность материала к пластической деформации, после чего материал при наивысших значениях действующего напряжения разрушается.
Читать далее:
Пластическая деформация монокристалла
Статьи по теме:
pereosnastka.ru
Упругая и пластическая деформация. Влияние пластической деформации на структуры и свойства металлов. Текстура. Наклеп.
Деформациейназывается изменение формы и размеров тела под действием напряжений.Напряжение – сила, действующая на единицу площади сечения детали. Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической.
Упругой называется деформация, полностью исчезающая после снятия вызывающих ее напряжений.При упругом деформировании изменяются расстояния между атомами металла в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места, и деформация исчезает.Пластическойили остаточной называется деформация после прекращения действия вызвавших ее напряжений.При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается по отношению к другой под действием касательных напряжений. При снятии нагрузок сдвиг остается, т.е. происходит пластическая деформация. Деформация поликристаллического тела складывается из деформации отдельных зерен и деформации в приграничных объемах. Отдельные зерна деформируются скольжением и двойникованием, однако взаимная связь зерен и их множественность в поликристалле вносят свои особенности в механизм деформации.Плоскости скольжения зерен произвольно ориентированны в пространстве, поэтому под влиянием внешних сил напряжения в плоскостях скольжения отдельных зерен будут различны. Деформация начинается в отдельных зернах, в плоскостях скольжения которых возникают максимальные касательные напряжения. Соседние зерна будут разворачиваться и постепенно вовлекаться в процесс деформации. Деформация приводит к изменению формы зерен: зерна получают форму, вытянутую в направлении наиболее интенсивного течения металла (поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации) Когда кристаллические решетки большинства зерен получают одинаковую ориентировку, возникает текстура деформации. Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют деформационным упрочнением или наклепом.
Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций:
Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений.
Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла. Рекристаллизация. Холодная и горячая пластическая деформация.
При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация.Возврат. Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки.Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций. При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация.
Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.
Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность. Отбеленные – отливки, поверхность которых состоит из белого чугуна, а внутри серый или высокопрочный чугун.
В составе чугуна 2,8…3,6 % углерода, и пониженное содержание кремния –0,5…0,8 %.
Имеют высокую поверхностную твердость (950…1000 НВ) и очень высокую износостойкость. Используются для изготовления прокатных валов, вагонных колес с отбеленным ободом, шаров для шаровых мельниц.
megalektsii.ru
УПРУГИЕ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ ДЕФОРМАЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ОПРЕДЕЛЕНИЕ... Кристаллические и аморфные тела
Итак, упругая деформация у всех тел с течением времени переходит в пластическую. Деформация при изгибе. Деформации, которые не исчезают по снятии деформирующих сил, как у свинцовой пластинки, называют пластическими. При деформации двойникованием напряжение сдвига выше, чем при скольжении.
Способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под воздейстивем различного вида нагрузок характеризуется механическими свойствами этих материалов. На появление того или иного вида деформации большое влияние оказывает характер приложенных к телу напряжений. Одни процессы деформации связаны с преобладающим действием касательной составляющей напряжения, другие — с действием его нормальной составляющей. Изучением видов деформации занимаются такие науки, как физика твёрдого тела, материаловедение, кристаллография.
Модуль упругости — это характеристика сопротивления материалов упругой деформации. При достижении напряжениями так называемого предела упругости (или порога упругости) деформация становится необратимой. Деформация двойникованием обычно наблюдается при низких температурах и высоких скоростях приложения нагрузки. Каждый может легко разделить тела на твердые и жидкие.
Для того чтобы выяснить, какими же свойствами обладают твердые тела, будем их нагревать. Одни тела начнут гореть (дерево, уголь) — это органические вещества. Кристаллические тела — это такие тела, атомы и молекулы которых расположены в определенном порядке, и этот порядок сохраняется на достаточно большом расстоянии.
Точки кристаллической решетки, в которых расположены атомы или ионы, называют узлами кристаллической решетки. Кристаллические тела бывают монокристаллами и поликристаллами. Поликристалл представляет собой соединение мелких, различным образом ориентированных монокристаллов (зерен) и не обладает анизотропией свойств.
Аморфными называют вещества, у которых отсутствует порядок расположения атомов и молекул по всему объему этого вещества. В отличие от кристаллических веществ аморфные вещества изотропны.
Аморфные тела не обладают упругостью, они пластичны. Упругость обусловлена взаимодействием и тепловым движением частиц, из которых состоит вещество. Пластичность — свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после того, как действие этих сил прекратится.
Деформация металла. Упругая и пластическая деформация
Не вдаваясь в теоретические основы физики процессом деформации твердого тела можно назвать изменение его формы под действием внешней нагрузки. Деформация растяжения является одним из основных лабораторных исследований физических свойств материалов.
Деформация растяжения
Деформация сжатия широко используется в металлургических процессах ковки металла, в ходе процесса металл получает повышенную прочность и заваривает дефекты структуры. Сжатие также важно при строительстве зданий, все элементы конструкции фундамента, свай и стен испытывают давящие нагрузки. Деформация сдвига — вид деформации, при котором нагрузка прикладывается параллельно основанию тела. В ходе деформации сдвига одна плоскость тела смещается в пространстве относительно другой.
Простейший пример деформации сдвига – расшатанный стул, где за основание можно принять пол, а за плоскость приложения нагрузки – сидение. Деформация изгиба — вид деформации, при котором нарушается прямолинейность главной оси тела. Деформации изгиба испытывают все тела подвешенные на одной или нескольких опорах.
Значение деформации изгиба важно для проектирования упругих тел, таких, как мост с опорами, гимнастический брус, турник, ось автомобиля и другие. В процессе деформации важное значение имеет величина межатомных связей, приложение нагрузки достаточной для их разыва приводит к необратимым последствиям (необратимая или пластическая деформация). Простейший пример поведения предметов, подверженных пластической и упругой деформацией, можно проследить на падении с высоты резинового мяча и куска пластилина.
Увеличивая деформацию какого-нибудь тела, мы дойдем, наконец, до такой деформации, при которой переход из упругой в пластическую происходит практически мгновенно. Пластическую деформацию также называют остаточной или необратимой. Если нагрузка не превысила допустимых значений, то тело может вернуться в исходное состояние (упругая деформация).
Популярное:
- Портрет Джиневры де Бенчи Модель на этом портрете, в отличие от Джиневры Бенчи, смотрит вправо. О существовании некого портрета Джиневры из рода Бенчи, написанного Леонардо да Винчи, упоминается уже в […]
- Планетарная передача Где n — это параметр передачи, равный , то есть отношению чисел зубьев солнечной и планетарных шестерён. Планетарные передачи также используются в случаях, когда необходимо […]
- Герань в доме — приметы обещают только хорошее Герань этого цвета в доме — гарантия того, что разлука между вами и вашим мужем невозможна. Герань можно держать не только в доме, но и в любом офисе или государственном […]
kalavalapi.ru
