Сущность и способы обработки металлов давлением

Таким образом, обработка металла давлением при различных температурах сопровождается одновременным действием противоположно направленных процессов упрочнения и разупрочнения — возврата и рекристаллизации. В зависимости от того, какие из этих процессов являются преобладающими, обработка давлением подразделяется на холодную, теплую и горячую.

Холодное деформирование характеризуется интенсивным наклепом металла, волокнистой микроструктурой, полным отсутствием возврата и рекристаллизации. При теплом деформировании отсутствует рекристаллизация, но протекает процесс возврата. Металл имеет полосчатую микроструктуру без следов рекристаллизации. Горячее деформирование характеризуется полным разупрочнением металла в результате рекристаллизации по всему объему деформируемой заготовки. Оно осуществляется при температурах нагрева, превышающих температуру начала рекристаллизации. Металл приобретает равноосную микроструктуру без всяких следов упрочнения, но волокнистое его строение сохраняется.

Учитывая сказанное выше о скоростях рекристаллизации и деформации, горячую обработку давлением практически осуществляют при температурах не ниже 0,6 Тпл, чтобы обеспечить быстрое разупрочнение металла и его полную рекристаллизацию даже в промежутке между двумя последовательными ударами молота.

Горячее деформирование существенно влияет на структуру и свойства металла. Структура слитка характеризуется наличием крупных дендритных кристаллов первичной кристаллизации (см. рис. 2.9), по границам которых расположены неметаллические примеси серы, фосфора, оксидов и карбидов в виде пленок или шариков.

Деформирование литой структуры прокаткой, ковкой и прессованием приводит к дроблению кристаллов и вытягиванию их в направлении наибольшей вытяжки. Одновременно с этим вытягиваются и дробятся межкристаллитные прослойки (оболочки зерен) с неметаллическими включениями, принимая форму прядей при больших степенях деформации. В металле возникает видимость волокнистого строения. В промежутки времени между обжатиями металла бойками молота или валками прокатного стана происходит, как отмечалось, рекристаллизация металла с образованием мелких равноосных зерен, однако эти новые зерна остаются в вытянутых оболочках первичных кристаллитов. Таким образом, первоначальная вытянутость зерен остается зафиксированной. Образование волокнистой макроструктуры приводит к анизотропии (неоднородности) механических свойств металла в разных сечениях изделий, которая проявляется тем резче, чем больше степень деформации.

За показатель степени деформации при вытяжке слитка ковкой или прокаткой принимают отношение исходной площади поперечного сечения слитка Fн к конечному (или текущему) ее значению Fк после вытяжки. Эту величину Y=Fн/Fк называют уковом. Уков оказывает значительное влияние на относительное удлинение δ и ударную вязкость, не изменяя существенно предела прочности металла σв. С увеличением степени деформации до четырех-, пятикратного укова показатели пластичности увеличиваются в продольном направлении и убывают в поперечном. Дальнейшее увеличение укова оказывает незначительное влияние на эти показатели.

Получающиеся при горячем деформировании волокнистость металла и анизотропия механических свойств являются стойкими и не устраняются последующей термической обработкой. Изменение направления волокнистости металла в изделии можно обеспечить только повторной горячей обработкой давлением. Процесс деформирования следует вести таким образом, чтобы получившиеся волокна макроструктуры были расположены в направлении максимальных нормальных (растягивающих или сжимающих) напряжений, возникающих в детали при ее эксплуатации под нагрузкой. Направление касательных (срезающих) напряжений должно быть перпендикулярно к волокнам.

При прокатке волокна располагают вдоль изделия, повышая в этом направлении прочность проката. Внешние нагрузки должны изгибать, а не расщеплять волокна металла. Кроме того, волокна при получении заготовки и готовой детали должны не перерезаться, а огибать контур детали. Например, при ковке коленчатых валов, крюков подъемных кранов и других ответственных деталей следует применять гибку, а не изготовлять колено или крюк с помощью газовой резки или обработки на станках.