Теоретическое введение. Московский институт стали и сплавов

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Московский институт стали и сплавов

ВЫКСУНСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра Технологии и оборудования обработки металлов давлением

Е.А. Харитонов

Лабораторная (практическая) работа № 6

ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ НА

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

(уточнённая и дополненная)

Зав. кафедрой ТиООМД С.В. Самусев

Автор Е.А. Харитонов

Цель работы

Изучить влияние степени холодной деформации на механические свойства металлов.

Теоретическое введение

Холодная прокатка существенно изменяет свойства металлов. Так даже при небольших деформациях происходят значительные изменения механических свойств. На рисунке 6.1 приведена диаграмма изменения механических свойств углеродистой стали с содержанием углерода 0, 27% при холодной обработке давлением.

Эта диаграмма показывает, что с увеличением деформации временное сопротивление разрушению σ _В и предел текучести σ _Т возрастают, а относительное удлинение δ ₁₀ и сужение Ψ уменьшаются. Предел текучести возрастает в большей степени, чем временное сопротивление. Это означает, что с увеличением степени деформации разница между временным сопротивлением и пределом текучести уменьшается.

Из приведенной диаграммы (рисунок 6.1) видно, что упрочнение (наклёп) металла при холодной обработке протекает особенно интенсивно при малых степенях деформации. По мере роста степени деформации до 50…65% интенсивность изменения свойств заметно снижается; металл при этом почти полностью утрачивает пластические свойства и дальнейшее его формоизменение затруднено и может вызвать разрушение.

Способность металлов упрочняться при холодной деформации иллюстрируется диаграммами деформационного упрочнения, которые выражают зависимость истинного напряжения от степени деформации. В некоторых случаях наклёп сопровождается повышением прочностных характеристик в несколько раз. Диаграмма деформационного упрочнения показывает состояние металла после каждой стадии деформации, что необходимо знать для правильного выбора схемы технологического процесса.

Для процессов обработки металлов давлением особое значение имеют такие показатели механических свойств, как временное сопротивление разрушениюσ _В, МПа; предел текучести σ _Т, Мпа или условный предел текучести σ _{0, 2}, соответствующий остаточной деформации 0, 2%; твердость, НВ; относительное удлинение δ, %; относительное сужение шейки образца Ψ, %; угол закручивания ϕ, град. при испытании на кручение.

Зависимость механических свойств от степени холодной деформации для каждого металла различна. Как правило, упрочнение чистых металлов меньше, чем сплавов. Особенно склонны к упрочнению нержавеющие стали аустенитного класса.

Изменение прочностных и пластических характеристик в процессе наклёпа происходит неодинаково. По сравнению с временным сопротивлением разрушению σ _В предел текучести σ _Т с увеличением обжатия растет быстрее и при высоких обжатиях он становится почти равен σ _В.

Значения σ _Т и σ _В в зависимости от степени деформации обычно определяются на основании соответствующих экспериментальных данных или с использованием рядя эмпирических формул.

Так А.В. Третьяков, исследуя влияние обжатия при холодной прокатке на изменение механических свойств различных металлов и сплавов, вывел ряд эмпирических зависимостей для определения σ _В и σ _{0, 2}, часть которых приведена ниже.

1. Углеродистые стали с содержанием углерода от 0, 10 до 0, 45%:

σ _В = σ _Висх. + 2, 4 ε ^{0, 64}

σ _{0, 2} = σ _{0, 2исх.} + 1, 4 ε ^{0, 6}

σ _В = 0, 46 НВ – 22

σ _{0, 2} = 0, 458 НВ – 26

2. Алюминиевые сплавы:

σ _В = σ _Висх. + 0, 1ε

σ _{0, 2} = σ _{0, 2исх.} + 0, 7ε ^{0, 6}

3. Медные сплавы:

σ _В = σ _Висх. + 0, 6ε

σ _{0, 2} = σ _{0, 2исх.} + 4, 1ε ^{0, 57}

где σ _Висх.; σ _{0, 2исх.}; НВ _исх.; σ _В; σ _{0, 2}; НВ – временное сопротивление разрушению,

предел текучести и твердость по Бринеллю исходного и деформированного материала соответственно;

ε – степень деформации, %.

Одним из наиболее широко распространенных, быстрых и легко осуществимых методов определения изменения механических свойств является измерение твердости металла, т.е. его способности противодействовать механическому проникновению в него более твердого тела. При вдавливании в металл более твердого предмета в нем возникают местные пластические деформации, сопровождающиеся при дальнейшем увеличении нагрузки местным разрушением.

Наиболее широкое распространение получили показатели твердости по Бринеллю и Роквеллу. В первом случае в поверхность исследуемой детали вдавливаются стальные шарики различных диаметров, во втором – или шарик, или алмазный наконечник (пирамидка). По диаметру и глубине полученного отпечатка судят о твердости материала и, следовательно, об изменении комплекса механических свойств в результате холодного деформирования. Метод замера твердости по Роквеллу – прямой, так как результаты сразу показываются на шкале прибора, не требуется производить замер отпечатков и последующие расчеты, при этом в меньшей степени повреждается поверхность изделия (меньше размер отпечатков).

Примеры изменения механических свойств при холодной обработке (прокатке) металлов, используемых в данной работе приведены на рисунках 6.4 – 6.11.