2.10 Холодная и горячая деформация металлов

Упрочнение (наклеп) и разупрочнение (рекристаллизация) при обработке давлением идут во времени с определенными скоростями. В зависимости от того, какой процесс будет преобладающим, результат деформации будет различным. По С.И. Губкину, различают холодную, неполную холодную, неполную горячую и горячую пластические деформации.

Холодную деформацию проводят при температурах ниже температуры возврата, она сопровождается упрочнением и изменением структуры металла. Возврат и рекристаллизация полностью отсутствуют. Неполную холодную деформацию проводят при температурах возврата — (0,25–0,3)Т_пл. Рекристаллизация отсутствует, но процесс возврата (снятие напряжений) успевает произойти. Ресурс пластичности у металла выше, а упрочнение практически соответствует упрочнению при холодной обработке.

Неполную горячую деформацию проводят при температурах, близких к температуре начала рекристаллизации (0,4 Т_пл). Рекристаллизация протекает частично. Металл одновременно содержит два типа микроструктур, в поковке наряду с упрочненными деформированными зернами имеются и разупрочненные рекристаллизованные. Это приводит к неравномерности деформаций при обработке.

Горячая деформация проводится при температурах выше температуры рекристаллизации. Рекристаллизация успевает произойти полностью, т.е. деформированные искаженные зерна полностью заменяются на новые равноосные зерна. В результате металл получает полностью рекристаллизованную равноосную структуру без каких либо следов упрочнения.

Горячая обработка имеет определенные преимущества и недостатки по сравнению с холодной. Основные преимущества состоят в следующем.

1. Меньшая опасность разрушения. Благодаря процессу рекристаллизации становится возможным весьма значительное пластическое формоизменение заготовки до наступления разрушения. Существует ряд металлов (цинк, вольфрам, молибден и др.), которые ввиду чрезмерной хрупкости в холодном состоянии возможно обрабатывать только в горячем состоянии.

2. Возможность применения оборудования меньшей мощности, т. к. в горячем состоянии отсутствует упрочнение и снижается критическое касательное напряжение, необходимое для скольжения.

3. Устранение промежуточного отжига. При холодной деформации и значительном формоизменении накапливаются повреждения, микротрещины и др., что приводит к разрушению металла. Это заставляет повышать ресурс пластичности введением в техпроцесс промежуточных отжигов. При горячем деформировании отжиг происходит в процессе самой операции.

4. Возможность получать мелкозернистую структуру, которая повышает прочность, ударную вязкость и усталостную прочность металла по сравнению с крупнозернистой структурой. Для этого горячую обработку нужно заканчивать при температурах, лишь немного превышающих минимальную температуру рекристаллизации. В этом случае образовавшиеся новые рекристаллизованные зерна не успевают вырасти, и структура получается мелкозернистой.

5. Текстура и анизотропия свойств металла, деформированного в горячем состоянии, всегда меньше выражены, чем в тех же самых металлах, деформированных вхолодную.

К недостаткам горячего деформирования следует отнести следующее.

1. Трудность поддержания постоянной высокой температуры.

2. Низкое качество поверхности.

3. Снижение точности размеров поковок, необходимость учета усадки, угара.

4. Неоднородность структуры и свойств поковок.