70 Физико-механические основы обработки металлов давлением.

Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку. При деформировании заготовки зерна металла деформируются и материал упрочняется. При нагреве выше температуры рекристаллизации упрочнение снимается. Поэтому обработка давлением ведется в горячем или холодном состоянии. При горячей деформации металл не получает упрочнения, т.к. рекристаллизация успевает пройти полностью. При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата. Холодная и горячая деформации не связаны с деформацией с нагревом или без нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Поэтому, например, деформация свинца, олова, кадмия и некоторых других металлов при комнатной температуре является с этой точки зрения горячей деформацией.

Сдвиг в монокристалле происходит по определенным плоскостям («плоскостям скольжения»), в которых находится наибольшее количество атомов. При сдвиге одна группа кристаллических решеток смещается по этой плоскости относительно другой группы. При этом происходит двойникование, т. е. поворот одной части кристалла в положение, которое симметрично положению его первой части.

Сплющивание и дробление зерен металла под действием динамической нагрузки может быть настолько значительным, что он приобретает волокнистую структуру.

Особенно сильно физико-механические свойства изменяются при пластической деформации металла в холодном состоянии, когда он получает «наклеп» («упрочнение»). Твердость, прочность и хрупкость металла в этом случае повышены, а вязкость, пластичность и коррозионная стойкость — понижены.

В наклепанном металле искажены кристаллические решетки. Поэтому металл находится в неустойчивом состоянии, проявляя тенденцию вернуться опять в устойчивое состояние.

Путем нагрева можно устранить наклеп металла и вернуть его в первоначальное состояние. В начале нагрева внутренние напряжения постепенно снимаются, искажения кристаллических решеток уменьшаются. Происходит так называемый «возврат» металла. При дальнейшем нагреве возникают новые зерна с правильной кристаллической решеткой. Это явление называется рекристаллизацией. Температура начала рекристаллизации разная у различных металлов (450° С у железа, 100° С у алюминия, 30° С у свинца).

Скорость рекристаллизации зависит от температуры нагрева и увеличивается с повышением этой температуры.

При холодной обработке давлением в металле возникает наклеп. Если обработку металла давлением производить после его нагрева, то одновременно с процессом размельчения зерен будет происходить рекристаллизация (в том числе, если температура нагрева выше рекристаллизационной). Тогда в металле, подвергнутом такой обработке, наклепа не будет. На этом основана ковка и другие способы горячей обработки металлов.

При горячей обработке металлов давлением свойства их улучшаются: происходит их уплотнение, образуется мелкозернистая структура, строение металла получается более однородным, чем в литом металле. Вместе с тем металл получает волокнистое строение, что обусловливает его различные механические свойства вдоль и поперек волокон. Это обстоятельство является недостатком процесса горячей обработки металлов давлением.