6. Разупрочнение при горячей деформации и его влияние на структурообразование.

На рис. 6.1. приведена диаграмма, иллюстрирующая разупрочнение при горячей деформации и влияние разупрочнения на структурообразование.

Рис.6.1. Разупрочнение при горячей деформации и влияние разупрочнения на структурообразование.

В соответствии с классической теорией ОМД разница между холодной и горячей деформацией заключается в том, что если в первом случае деформация приводит к существенному деформированному упрочнению, то во втором – к значительно меньшему упрочнению, так как деформация происходит при температуре выше температуры

рекристаллизации. Это подтверждает также кривыми текучести ( = f()) , которые отражают зависимость сопротивления деформации от степени деформации при постоянной скорости деформации и температуре.

Разупрочнение – процесс, протекающий во времени и происходящий полностью тогда, когда скорость разупрочнения больше, чем скорость упрочнения. Если это условие не соблюдается, то при горячей деформации также может возникать упрочнение.

Упрочнение и разупрочнение зависят, прежде всего, от свойств материала, скорости и времени протекания процесса.

Процессы возврата и рекристаллизации протекают как динамически, то есть во время деформации, так и статически, то есть после деформации, в интервалах между двумя этапами деформации или перед охлаждением.

На рис. 6.1. схематически изображены различные пути разупрочнения при горячей деформации, причём рассматривается их взаимосвязь со структурообразованием.

В противоположность существующему ранее мнению о том, что уже в процессе деформации упрочнение снижается за счёт рекристаллизации результаты недавних исследований показывают, что по крайней мере, для материалов с высокой энергией упаковки механизм разупрочнения в значительной мере основан на динамическом возврате.

7. Влияние скорости деформации на сопротивление деформированию.

Скоростью деформации называется изменение степени деформации в единицу времени или относительное смещение объёма в единицу времени, т. е.:

 = d / dt =dV_c / Vdt (7.1.)

Определение механических свойств металлов и сплавов обычно производят на универсальных испытательных машинах со скоростями деформирования, не превышающими 10 мм/сек.. Обработка давлением на прессах и ковочных машинах производится при средней скорости движения рабочего органа машины в пределах от 0.1 до 0.5 м/сек.. Штамповка на молоте характерна динамическим воздействием на металл: скорость бабы молота в момент удара составляет 5 – 10 м/сек, а весь процесс деформирования длится лишь сотые доли секунды. При штамповке взрывом скорости деформирования измеряются сотнями метров в секунду.

При анализе и проектировании технологических процессов ОМД необходимо знать, как влияет скорость деформации на сопротивление деформированию и пластичность.

Используя литературные источники можно получить следующие экспериментальные данные:

1. С ростом скорости деформации сопротивление деформированию возрастает;

2. С ростом скорости деформации сопротивление деформированию существенно не меняется;

3. С ростом скорости деформации сопротивление деформированию уменьшается.

Противоречивость приведённых данных объясняется не индентичностью условий проведений экспериментов, в опытах различных авторов и сложностью явлений протекающих при горячих деформациях.

При горячей обработке давлением одновременно протекает два процесса, действующие на сопротивление деформации в противоположных направлениях: упрочнение и разупрочнение. Оба процесса протекают во времени. Скорость упрочнения определяется скоростью деформации, а скорость разупрочнения – скоростью рекристаллизацией, которая зависит от температуры металла.

Влияние указанных факторов можно учесть уравнением, предложенным А. Надаи:

d = (/T)dT + (/)d + (/)d (7. 2.)

где  - сопротивление деформированию;

Т – температура;

 - скорость деформации;

 - степень деформации.

Первый член этого уравнения характеризует изменение сопротивление деформации в зависи отсутствует, то этот член также равен нулю. Третий член характеризует изменение сопротивления деформации с изменением скорости деформации.

Если провести аналогию пластической деформации тела с течением вязкой жидкости, то зависимость сопротивления деформации от скорости можно выразить уравнением:

_ =₀ +  (7. 3.)

где _ - сопротивление деформации при скорости деформации ,

₀ – то же, при статическом испытании,

 - коэффициент вязкости.

Данные получаемые по формуле (7. 3.), значительно отличаются от экспериментальных данных, которые не подтверждают линейной зависимости сопротивления деформации от скорости деформации.

Наибольшего внимания заслуживают формулы, предложенные П. Людвико:

_Т = _ТО + n ln(/₀) (7.4.)

и А. Рейто

_Т = _ТО (/₀)^m (7.5.)

где _Т и _ТО напряжения текучести соответственно при скоростях деформации  и ₀,

n и m – коэффициенты, зависящие от рода металла и температуры деформации.

В приведённых выше формулах имеются коэффициенты, зависящие от природы металла и имеющие различные значения для разных металлов и сплавов, что затрудняет использование этих формул для практических расчётов.

Для практических ориентировочных расчётов С. И. Губкин предложил учитывать влияние скорости деформации при помощи скоростного коэффициента, во сколько раз увеличивается напряжение текучести при том или ином увеличение скорости деформации.

Таблица 7.1.

Значения скоростного коэффициента по С.И. Губкину.

Отношение скоростей деформации 2 /1	Температура деформации
	Т/Тпл <0,3	Т/Тпл = 0,3 – 0,5	Т/Тпл = 0,5 – 0,7	Т/Тпл > 0,7
10 100 1000	1,05 – 1,10 1,10 – 1,22 1,16 – 1,34	1,10 – 1,15 1,22 – 1,32 1,34 – 1,52	1,15 – 1,30 1,32 – 1,70 1,52 – 2,20	1,30 – 1,50 1,70 – 2,25 2,20 – 3,40
При переходе от скорости  =10-1сек -1 к ударной нагрузке	1,10 – 1,25	1,25 – 1,75	1,75 – 2,50	2,50 – 3,50
	Примечание: Т – абсолютная температура деформации Тпл – абсолютная температура плавления.

Представляет определённый интерес экспериментальное исследование по установлению влияния скорости деформации широком диапазоне температур и скоростей деформации, проведённое А.Надаи, и М.Менджойном . Ими установлено, что при температурах выше 600⁰ для малоуглеродистой стали сопротивление деформированию возрастает с увеличением скорости (рис. 7.1.). Так, например, если для температур 1000⁰ при скорости деформации 10^-2 сек^-1 , что примерно соответствует ковке на прессах, сопротивление деформации  = 3 кГ/мм² ,то при скорости деформации 10 сек^-1, что примерно соответствует ковке под молотом, сопротивление деформации  = 11кГ/мм² или почти в 4 раза больше. Таким образом, при увеличении скорости деформации в 10⁴ раза сопротивление деформации увеличивается примерно в 4 раза.

При понижении температуры и тех же скоростях деформации соотношение ₁/₀ несколько уменьшается и при 800⁰ это соотношение уже менее 3, а при 600⁰ несколько больше 2.

При температуре 20⁰ (комнатной) в интервале изменения скорости деформации (от 10 до 10 сек) сопротивление деформированию практически остаётся неизменным.

Рис. 7.1. Влияние скорости деформации на предел прочности малоуглеродистой стали (А.Надаи и М.Менджой).

П.И.Кук отмечает, что зависимость между скоростью деформации сопротивлением деформации является весьма сложной, так как трудно учитываемым фактором также является и влияние химического состава металла при различных температурах.

Из графика приведённого на рис. 7.1. и 7.2. следует, что нельзя рассматривать влияние температуры на механизм деформации отдельно от скорости. Поэтому обычно говорят о так называемом температурно-скоростном факторе деформации.

Рис 7.2 Cопротивление металла деформированию в зависимости от степени деформации при различных скоростях деформации

-малоуглеродистая сталь (0,15%С); -среднеуглеродистая сталь (0,56%С);

-сталь типа 1Х18Н8; -быстрорежущая сталь 1Ф18Х4В1

Из рассмотрения графиков, приведённых на рис 10 следует, что при высоких скоростях деформации 40-100 сек они напоминают кривые упрочнения стали. Для них типичным является интенсивный рост сопротивления деформированию при степенях деформации от 0 до 0,4 и далее затухание роста сопротивления деформации. Некоторые кривые при высоких степенях деформации имеют тенденцию к понижению, что объясняется, тепловым эффектом деформации.

Влияние скорости и степени деформации на пластичность изучено ещё не достаточно. Обычно с повышением скорости и степени деформации пластичность уменьшается в связи с тем, что не успевают завершится процессы разупрочнения. Однако, при деформации с высокими скоростями происходит нагрев металла, ибо тепло, возникающее на плоскостях скольжения, не успевает рассеиваться в пространство, а следовательно, и повышение пластичности за счёт развития диффузионных процессов деформации и разупрочнения. Повышение температуры металла за счёт теплового эффекта можно использовать для практических целей. Известно, что при ковке под молотом частыми ударами можно длительное время сохранять (и даже повысить) температуру паковки. В опытах С.И.Губкина по штамповке радиаторных трубок из меди процесс при низких скоростях не мог выполняться из-за недостаточной пластичности металла. При повышении скорости деформации процесс протекал нормально, причём рентгено-анализ показал полное разупрочнение трубок, отштампованных с высокой скоростью.

Скорость деформации может оказать существенное влияние на процесс обработки давлением в том случае, когда обработка совершается при температурах близких к зонам хрупкости. Например, уармко-железа зона хрупкости находится в интервале температур 825С-1100С . Если такой металл подвергать обработки давлением при температуре, близкой к 825С с большой скоростью деформации, то вследствие повышения температуры металл может перейти в зону хрупкости, и его дальнейшая деформация будет затруднена. Однако, если тот же металл, но нагретый до температуры 1100С , подвергнуть обработке давлением с такой же большой скоростью, то благодаря тепловому эффекту его можно вывести из зоны хрупкости и сравнительно легко обработать.

На основание изложенного можно сделать заключение:

1 Увеличение скорости деформации понижает пластические свойства металла в следующих случаях:

а) если скорость протекания процессов упрочнения при деформации превышает скорость процессов разупрочнения

б) если вследствие теплового эффекта деформации температура деформируемого тела повысится настолько, что металл перейдёт в температурную область пониженной пластичности.

2 Повышение скорости деформации приводит к увеличению пластичности при условиях:

а) если процессы разупрочнения в период деформации протекают быстрее, чем процесс упрочнения металла.

б) если при повышение скорости деформации происходит рост температуры металла (за счёт теплового эффекта ),что способствует переходу металла из температурной зоны хрупкости в зону пластичности.

8. Построение графика  = f(T) для меди.

Построение графика зависимости сопротивления деформированию от температуры  = f(T) для меди по формуле :

_Т = _плexp[m(T_пл - Т)] (9.1.)

Экспериментальные данные для меди, необходимые для построения графика:

_пл = 60Мпа, m =5.5*10^-3, Т_пл =1650⁰К, Т = 293…1493⁰К.

Рис.9.1. График зависимости сопротивления деформированию от температуры

По эксперементальным данным найдем значения для сопротивления деформированию по формуле 9.1:

_Т = _плexp[m(T_пл - Т)]

при Т=293⁰К:

_Т=25*10³*exp[3,8*10^-3(1375-293)]= 635,562 Мпа

при Т=393⁰К:

_Т=25*10³*exp[3,8*10^-3(1375-393)]= 534,101 Мпа

Аналогичным образом производим расчет сопротивления деформированию _Т для температур: 493⁰К,593⁰К,693⁰К,793⁰К,893⁰К,993⁰К,1093⁰К,1193⁰К,1293⁰К, 1393⁰К, 1493⁰К

Запишем полученные данные в таблицу 2.1. По данным из таблицы построим зависимость сопротивления деформированию от температуры.

пл, Мпа	m,*10-3	Тпл, 0К	Т, 0К	Т, Мпа
60	5,5	1650	293	635,562
60	5,5	1650	393	534,101
60	5,5	1650	493	448,837
60	5,5	1650	593	377,184
60	5,5	1650	693	316,970
60	5,5	1650	793	266,369
60	5,5	1650	893	223,846
60	5,5	1650	993	188,111
60	5,5	1650	1093	158,081
60	5,5	1650	1193	132,845
60	5,5	1650	1293	111,637
60	5,5	1650	1393	93,815
60	5,5	1650	1493	78,838

В нашей работе мы рассмотрели материал медь и интервал температур от 293⁰К до 1493⁰К. По экспериментальным данным, таблице 2.1 и графику зависимости сопротивления деформации от температуры мы можем сделать заключение, что максимальное значение сопротивления деформированию соответствует точке _т(н) и равно 635,56254 МПа при температуре 293⁰К, а минимальное – соответствует точке _т(к) и равно 78,838956 МПа при температуре 1493⁰К

Вывод: из графика зависимости сопротивления деформированию от температуры мы видим, что сопротивление деформированию с ростом температуры уменьшается в 8 раз.

В такой же мере уменьшается потребная сила дифференцированию.