Прокатываемость стали и сплавов

Для получения профилей из металлов и сплавов применяют различные способы обработки давлением. Наиболее распространенные из них — прокатка и ковка.

При деформации прокаткой или ковкой происходит интенсивное перемещение (течение) частиц металла.

Перемещение металла происходит под воздействием сил, приложенных извне. В результате особенностей условий, имеющих место при прокатке и ковке, в различных точках металла, подвергаемого в каждый данный момент деформации, возникает напряжения сжатия и растяжения. С возникающими в деформируемом металле напряжениями связана его целостность. При неблагоприятных условиях целостность металла может быть нарушена.

Нарушение сплошности сильно зависит от свойств и состояния самого металла, подвергаемого деформации. Поэтому важной задачей является получение металла высокого качества и обеспечение таких условий его деформации, при которых металл будет иметь высокие пластические свойства, исключающие возможность нарушения его сплошности.

Металл при деформации оказывает сопротивление прилагаемым усилиям.

Сопротивление деформации является очень важным технологическим свойством каждого металла. Оно, так же как и пластичность металла, зависит от его природных свойств и условий деформации. Сопротивление металла деформации при обработке его давлением определяет силовые и энергетические показатели процесса. Важной задачей в связи с этим является обеспечение таких условий, при которых энергосиловые показатели процесса получаются наиболее благоприятными и выгодными. Понятно, что во всех случаях должна быть обеспечена возможность получения требуемых профилей на действующем или вновь создаваемом оборудовании. Эта задача успешнее всего может быть решена, когда известны энергосиловые показатели процесса обработки металлов давлением, определяемые их сопротивлением деформации.

Сопротивление деформации металла обусловливает возможность получения профилей на том или ином оборудовании. Что же касается возможности получения профилей требуемой конфигурации, то она зависит еще и от ряда других факторов, в частности от условий, при которых происходит перемещение частиц металла по сечению в очаге деформации.

Исключительно велика при этом роль поперечной деформации и так называемой утяжки металла в условиях неравномерной деформации.

Пластичность и сопротивление деформации проявляют себя одновременно. Обобщенное их влияние определяет действительную способность металла к деформации в условиях того или иного способа обработки давлением.

Применительно к условиям ковки такая способность металла к деформации определяется понятием «ковкость». По аналогии с этим понятием способность металла к деформации в условиях процесса прокатки можно характеризовать как «прокатываемость», понимая под этим понятием обобщенное взаимодействие рассмотренных выше основных характеристик процесса деформации.

Прокатываемость, таким образом, определяется пластичностью металла и его сопротивлением деформации. Критерием пластичности является «предел пластичности», представляющий собой меру деформации, выраженную в виде относительного обжатия, при котором начинается нарушение сплошности. «Предел пластичности», так же как и относительное обжатие, может изменяться только в пределах от 0 до 1 (точнее и может только стремиться к единице). Понятно, что пластичность металла тем выше, чем больше предел пластичности.

По величине предела пластичности все металлы и сплавы разделяют на пять классов: высокой, средней, пониженной, низкой и малой пластичности. На несколько классов можно разделить металлы и сплавы и по сопротивлению деформации.

Их можно, например, разделить на три класса: металлы с высоким, средним и низким сопротивлением деформации. Металлы этих классов можно назвать и по-иному: «твердые», «нормальные» и «мягкие».

Сопротивление металла деформации и его пластичность взаимно не обусловлены. Металл высокой пластичности может обладать низким или высоким сопротивлением деформации и, наоборот, металл с высоким сопротивлением деформации может обладать низкой или высокой пластичностью.

Имея в виду оба эти свойства металла — его пластичность и сопротивление деформации — все металлы и сплавы можно разделить на четыре класса по прокатываемости:
1. Наивысшей прокатываемости.

К этому классу относятся металлы и сплавы, обладающие высокой пластичностью при низком сопротивлении деформации.

2. Высокой прокатываемости.

К этому классу относятся металлы и сплавы, обладающие высокой пластичностью и сопротивлением деформации от низкого до среднего.

3. Средней прокатываемости.

К этому классу относятся металлы и сплавы, обладающие средней пластичностью и сопротивлением деформации от среднего до высокого.

4. Низкой прокатываемости.

К этому классу относятся металлы и сплавы, обладающие пониженной пластичностью и сопротивлением деформации от низкого до высокого.

По склонности к поперечной деформации металлы можно разделить на три условных класса:
1) обычные стали, уширяющиеся как углеродистая сталь;
2) стали с повышенным уширением;
3) стали, сильно уширяющиеся (аустенитные, ферритные). Наивысшей прокатываемостью обладают все углеродистые стали, содержащие примерно до 0,7% С; промышленные низколегированные стали и другие. Эти стали нормального качества обладают, как правило, высокой пластичностью и сравнительно низким сопротивлением деформации.

К классу со средней прокатываемостью могут быть отнесены многие высоколегированные стали и сплавы, например быстрорежущая, обладающая средней пластичностью и высоким сопротивлением деформации, некоторые хромоникелевые нержавеющие стали, обладающие средней пластичностью и средним сопротивлением деформации. Низкой прокатываемостью обладают некоторые сложнолегированные стали и сплавы, химический состав которых предопределяет наличие в них таких избыточных фаз, которые затрудняют элементарные сдви1го|вые процессы.

К этой группе относятся также и такие стали и сплавы, которые обладают высокой температурой рекристаллизации, малым температурным интервалом деформации и др.

Прокатываемость (ковкость) металла можно улучшать путем:
1) деформации металла при оптимальных температурах, при которых пластичность его наивысшая, а сопротивление деформации невелико;
2) правильного выбора, изменения и улучшения химического состава металла;
3) правильного выбора и создания благоприятных схем напряженного состояния при деформации;
4) установления оптимальных скоростных условий деформации;
5) установления оптимальных режимов деформации;
6) создания условий для благоприятного течения (перемещения) частиц металла;
7) другими способами.

Следует при этом иметь в виду, что, несмотря на довольно значительный опыт, накопленный особенно в последние годы, полной ясности в указанных вопросах еще нет. Отсюда следует необходимость дальнейшего всестороннего и углубленного изучения процессов, связанных с деформацией металлов и сплавов.

• Влияние обжатия на пластичность