§ 3. Холодная и горячая обработка металлов давлением

1. Наклеп и рекристаллизация металлов. При деформировании металлов повышается плотность дефектов кристаллического стро­ения и возрастает сопротивление их перемещению. С увеличением степени деформации пределы прочности и текучести, а также твер­дость увеличиваются, а пластичность и вязкость снижаются; возрастают остаточные напряжения. Упрочнение металлов при пластической деформации называется наклепом. В результате упрочнения пластические свойства металлов могут снизиться на­столько, что дальнейшая деформация вызывает разрушение.

При наклепе металл переходит в термодинамически неустойчи­вое состояние с повышенным запасом внутренней энергии, поэтому он стремится самопроизвольно перейти в более равновесное со­стояние. При нагреве наклепанного металла до температур, составляющих 0,2...0,3 от температуры плавления Тпл (возврате), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внут­ренние напряжения без изменения микроструктуры и свойств деформированного металла.

При нагреве деформированных металлов выше 0,4 Т_ПЛ обра­зуются новые равноосные зерна и свойства металла возвращаются к их исходным значениям до деформации. Процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в де­формированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьше­нием прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств, называется рекристаллизацией. Наименьшая тем­пература, при которой начинается процесс рекристаллизации и раз­упрочнения металла, называется температурой рекристаллизации. Размер зерна после рекристаллизации зависит от степени и ско­рости деформации, а также температуры и длительности нагрева.

2. Холодная и горячая деформация. В зависимости от темпе­ратурно-скоростных условий при деформировании могут происхо­дить два противоположных процесса: упрочнение, вызываемое де­формацией, и разупрочнение, обусловленное рекристаллизацией. В соответствии с этим различают холодную и горячую деформацию. Холодное деформирование производится при температурах ниже температуры рекристаллизации и сопровождается наклепом метал­ла. Горячее деформирование протекает при температурах выше температуры рекристаллизации. При горячей деформации также происходит упрочнение металла (горячий наклеп), но оно полностью снимается в процессе рекристаллизации. При ней пластичность металла выше, а сопротивление деформации примерно в 10 раз меньше, чем при холодной деформации. Деформация, после кото­рой происходит только частичное разупрочнение, называется не­полной горячей деформацией.

§ 4. Влияние обработки давлением на структуру и механические свойства металлов и сплавов

1. Изменение структуры литого металла при деформации.

Структура слитков, которые обычно являются исходными заго­товками при обработке давлением, неоднородна (см. рис. IV. 1,6). Основу ее составляют зерна первичной кристаллизации (дендри- ты) различных размеров и формы, на границах которых скапли­ваются примеси и неметаллические включения. В структуре слитка имеются также поры, газовые пузыри. Высокая степень деформации при высокой температуре вызывает дробление зерна, а также частичное заваривание пор.

2. Полосчатость. Зерна и межкристаллические прослойки с по­вышенным содержанием неметаллических включений вытягивают­ся в направлении наибольшей деформации. В результате структура металла приобретает полосчатое (волокнистое) строение (см. рис. IV.l,e). Волокнистость оказывает влияние на механические характеристики, вызывает их анизотропию. В поперечном на­правлении ударная вязкость на 50...70 %, относительное суже­ние— на 40 %, относительное удлинение — на 20 % меньше, чем вдоль волокон. Наличие полосчатой микроструктуры и анизотро­пии свойств в деформированном металле необходимо учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить в них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль, а перерезываю­щие усилия — поперек волокон, а также, чтобы они не перереза­лись при обработке резанием. При необходимости повысить плас­тичность металла в поперечном направлении следует произвести обжатие заготовки в направлении, перпендикулярном прежнему, т. е. вдоль волокон. Желательно, чтобы у поверхности детали во­локна повторяли ее очертания (см. рис. IV.1,2). В этом случае повышаются прочность и другие служебные свойства детали.