Что такое сопротивление деформации металла

Сопротивление деформации при ОМД. Факторы влияющие на сопротивление деформации.

Сопротивление деформации зависит от природы деформированного металла, температуры, степени и скорости деформации и характера напряженного состояния. Опытным путем получают значение сопротивления деформации при строго определенных условиях. Для всех остальных условий вводят эмпирические коэффициенты. В самом общем виде сопротивление деформации определяется по формуле:

,

– коэффициенты, учитывающие влияние температуры, скорости и степени деформации, контактного трения и других факторов (внешних зон, натяжения и др.) Коэффициенты являются эмпирическими и берутся в основном из справочников.

Влияние природных свойств металла. Различные металлы обладают различным сопротивлением деформации, что связано с их химическим составом, строением атомов и кристаллической структурой. Податливость металла деформирующим усилиям оценивается пределом текучести .

Влияние температуры.У всех металлов сопротивление деформации при нагреве уменьшается, принимая минимальное значение вблизи Тпл. Но это уменьшение происходит не монотонно. Это объясняется переходом металла в новую кристаллическую модификацию (при t = 700-900 o C), т.е. происходит рекристаллизация металла, он разупрочняется.

Для аналитической зависимости сопротивления деформации от температуры существует несколько формул. Наиболее известная из них:

,

Характер изменения сопротивления деформации от температуры зависит от химического состава сплава. Легирующие примеси повышают сопротивление деформации, особенно при высоких температурах. Для расчетов при горячей прокатке используют формулу:

,

где t – температура, о С; С, Mn, Cr – содержание углерода, марганца и хрома, %.

Влияние наклепа (степени деформации) и скорости деформации. При низких температурах за счет наклепа сопротивление деформации может увеличиваться в 3-4 раза. Наиболее резко это влияние сказывается на первых стадиях обработки, до получения суммарной деформации в 40-50%. Зависимость между сопротивлением деформации и степенью деформации изображают кривыми деформации. Для практических расчетов принимают, что при холодной обработке металлов давлением сопротивление деформации не зависит от скорости деформации.

При горячей обработке влияние наклепа тесно связано с влиянием скорости деформации. В этом случае одновременно протекают процессы, действующие на сопротивление деформации в противоположных направлениях: упрочнение (наклеп) и разупрочнение (рекристаллизация). Оба эти процесса протекают во времени с различной скоростью. Чем выше скорость деформации (а значит и скорость образования наклепа), тем меньше полнота протекания рекристаллизации, а значит, выше сопротивление деформации.

Для определения этой зависимости существует множество эмпирических формул. В частности, при холодной прокатке для определения сопротивления деформации можно использовать формулу:

,

где — предел текучести материала (базовое значение сопротивления деформации), K, n – эмпирические коэффициенты (зависят от марки стали), — суммарная степень деформации.

Для определения сопротивления деформации при горячей обработке давлением А.В. Третьяков и В.И. Зюзин предложили следующую формулу:

,

Влияние контактного трения. Силы трения мешают изменению размеров тела. В результате их действия схема одноосного сжатия превращается в схему всестороннего сжатия. Разложим полное сопротивление деформации на две составляющие: ,где k – характеризует свойства металла с учетом наклепа, скорости и температуры деформации, а q – характеризует влияние трения. Тогда q = C/h, где С – коэффициент, учитывающий форму поперечного сечения, а h – толщина образца. Отсюда видно, что при большой толщине влияние трения на сопротивление деформации незначительно и им можно пренебречь, а при приближении толщины к нулю . Например, при прокатке полос малой толщины для снижения сопротивления деформации стремятся уменьшить коэффициент контактного трения путем тщательной обработки поверхности валков и применения смазок, или искусственно увеличивая толщину заготовки, прокатывая несколько сложенных вместе полос (прокатка пакетом).

Источник

Сопротивление деформации

1. Понятие о сопротивлении деформации

2. Факторы, влияющие на сопротивление деформации

Сопротивление деформации представляет сложную величину, зависящую от природы деформируемого металла, температуры, степени деформации, скорости деформации и напряженного состояния.

В связи с большим числом и разнообразием дей­ствующих факторов формулы для определения сопро­тивления деформации также многочисленны и разно­образны. В наиболее общем виде формулу можно за­писать так:

где k — характеризует свойства деформируемого металла

— коэффициент, учитывающий влияние напря­женного

В свою очередь величины k и могут быть пред­ставлены в виде произведений:

s_т — предел текучести обрабатываемого металла.

Влияние природных свойств металла

Различные металлы обладают разным сопротивле­нием деформации, что связано с их химическим соста­вом, строением атомов и кристаллической структурой. Чистые тугоплавкие металлы, как правило, имеют бо­лее высокое сопротивление деформации, чем легко­плавкие, но это не является общей закономерностью. Так, например, сплавы, имеющие более низкую тем­пературу плавления, чем металлы, их составляющие, обладают более высоким сопротивлением деформа­ции. Податливость различных металлов деформирую­щим силам оценивают пределом текучести s_т (иногда обозначается s_s), который представляет сопротивле­ние деформации данного металла в отожженном со­стоянии, в условиях линейного напряженного состоя­ния и при стандартных температурно-скоростных ус­ловиях деформации.

Иногда подобную величину получают при разных температурах, скоростях деформации и различных степенях наклепа и строят графическую зависимость этой величины от температуры, скорости деформации и наклепа (степени деформации), но в этом случае получают уже не s_т, а k, которая тем и отличается от s_т, что учитывает влияние температуры, скорости де­формации и наклепа.

Влияние температуры, наклепа и скорости деформации

У всех металлов сопротивление деформации при нагреве уменьшается, приобретая минимальные зна­чения вблизи температуры плавления, однако измене­ния сопротивления деформации при повышении темпе­ратуры не всегда имеют плавный характер. У стали, например, при температурах 700¸900°С имеются от­клонения от общей закономерности в сторону повы­шения значений, что объясняется переходом металла в новую кристаллическую модификацию.

При низких температурах, когда рекристаллизация не происходит, существенное влияние на сопротивление деформации оказывает наклеп (упрочнение). Только за счет влияния этого фактора сопротивление деформации может увеличиться в 3¸4 раза. Наиболее резкое влияние наклеп оказывает на первых стадиях обработки, до полу­чения суммарной деформации в 40¸50%.

При горячей обработке металлов влияние наклепа тесно связано с влиянием скорости деформации. Под скоростью деформации понимают приращение степени деформации за единицу времени. Если при растяжении или сжатии с постоянной скоростью за время t с. полу­чена деформация ,то скорость деформации будет .

Если скорость протекания процесса непостоянна, то при­ходится определять скорость деформации для каждого данного промежутка времени:

При холодной обработке влияние скорости на сопро­тивление деформации незначительно. В чистом виде уве­личение скорости должно повышать сопротивление де­формации из-за разности в скоростях распространения упругой и пластической деформации.

Упругая деформация распространяется со скоростью распространения звука в металле и всегда успевает за перемещением деформирующего инструмента. Скорость распространения пластической деформации зависит от величины действующих напряжений.

В большинстве практических расчетов принимают, что при холодной обработке металлов давлением сопро­тивление деформации не зависит от скорости дефор­мации.

При горячей обработке давлением в металлах одно­временно протекают два противоположных процесса, влияющих на сопротивление деформации: наклеп, увели­чивающий сопротивление деформации, и рекристаллиза­ция, уменьшающая его. Мерой наклепа является степень деформации, следовательно, скорость наклепа и скорость деформации — это совпадающие величины.

Рекристаллизация подчиняется иным закономерно­стям. Скорость ее протекания зависит в основном от температуры нагрева. В большинстве случаев за время деформации рекристаллизация не успевает завершиться. Чем выше скорость деформации, тем меньше полнота протекания рекристаллизации, а следовательно, выше сопротивление деформации.

Таким образом, при горячей обработке повышение скорости деформации приводит к увеличению сопротивления деформации, причем увеличение это существенно и его необходимо учитывать в технических расчетах.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Что такое сопротивление деформации металла

Напряжение, вызывающее пластическую деформацию материала при данных термомеханических условиях деформирования и линейном напряженном состоянии называется сопротивлением деформации.

Сопротивление металла деформации определяется делением усилия на текущую площадь сечения образца при деформировании:

Сопротивление металла деформации является реологической характеристикой. Реология рассматривает внутренние изменения в металле, определяющие связь напряжения со степенью и скоростью деформации.

Теоретические и экспериментальные исследования зависимости сопротивления деформации от различных технологических параметров имеют большое практическое значение при разработке процессов обработки металлов давлением. В обработке металлов давлением знание сопротивления деформации необходимо для определения энергосиловых параметров прокатки и проверки оборудования на прочность. Кроме того, сопротивления деформации можно использовать и для оценки свойств металла, получаемых после пластической деформации. Это особенно важно при термомеханической обработке, где получение требуемого комплекса механических свойств является основной задачей.

Многочисленными исследованиями российских [1001] [1015, 1055, 1044, 362] и зарубежных [363, 1098] авторов установлено, что сопротивление деформации зависит от природы деформируемого тела, предшествовавшей обработки, вида напряженного состояния, температуры и скорости деформации, физико-химических изменений, происходящих в процессе деформирования, и ряда других факторов. Большое число определяющих параметров, а также сложность их совместного влияния являются основной трудностью на пути создания аналитических выражений для определения сопротивления деформации.

На основании результатов исследований предложен ряд формул, отражающих влияние того или иного фактора на сопротивление деформации и представляющих собой полиномы, показательные, экспоненциальные, логарифмические и другие виды функций. Область их применения ограничена условиями проведения экспериментов, на основании которых были получены входящие в них коэффициенты. Поэтому нет необходимости подробно останавливаться на их анализе.

В работе [367] отмечено, что распространенный способ выражения связи деформаций ε и напряжений σ в виде σ=f(ε) является неточным, поскольку в этом случае учитывается только вертикальная составляющая деформации. Указанная зависимость справедлива лишь для случая линейного напряженного состояния.

Теория обработки металлов давлением располагает многочисленными зависимостями, учитывающими влияние нескольких технологических факторов на сопротивление деформации, позволяющими с той или иной погрешностью рассчитать силовые условия прокатки [1055]. Вместе с тем, эти формулы не всегда правильно отражают зависимость сопротивления деформации от всего многообразия технологических параметров, а поэтому их использование приводит к большим ошибкам.

При прокатке, особенно с применением высокотемпературной термомеханической обработки, рассчитать сопротивление деформации металла после деформирования и охлаждения и таким образом характеризовать полученные свойства невозможно без надежных формул, учитывающих изменяющиеся во времени в широких пределах температуру, скорость и степень деформации.

Ссылка “Возврат на один уровень вверх” осуществляет переход на предыдущую страницу.

Источник

Пластичность и сопротивление деформированию

Способность заготовки принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке называется деформируемостью. Это технологическое свойство определяют сопротивлением деформированию и пластичностью, которые, в свою очередь, зависят от строения атома, атомно-кристаллического строения, химического состава, макро- и микроструктуры материала, а также от условий деформирования.

Сопротивление деформированию оценивают удельной силой (напряжением), вызывающей пластическую деформацию заготовки при данных условиях нагружения. Как правило, обработке давлением подвергают металлические заготовки из стали, алюминиевых, магниевых, медных и титановых сплавов. Рассмотрим влияние условий деформирования на процесс формоизменения заготовок при обработке давлением.

Влияние температуры на сопротивление деформированию и пластичность. Общее свойство для всех металлов и сплавов заключается в том, что наиболее высокой деформируемостью они обладают в условиях горячей деформации, которую проводят при температуре выше температуры рекристаллизации сплавов. Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Максимальную температуру назначают такой, при которой не наблюдается уменьшение пластичности в результате перегрева (резкого увеличения размера зерен) или пережога заготовки (расплавления и окисления границ зерен).

Возрастание пластичности заготовок при нагреве до температуры горячей деформации является следствием увеличения подвижности атомов и пластичности межкристаллических прослоек. Температура плавления неметаллических включений ниже, чем температура плавления зерен основного металла, поэтому при достижении значений температуры горячей деформации интенсивнее уменьшается сопротивление деформированию прослоек, чем зерен, и доля межкристаллической деформации в общей деформации заготовки увеличивается.

Для заготовок малых размеров трудно выдерживать заданный температурный режим деформирования, поэтому горячую обработку давлением обычно применяют для крупных и средних заготовок (листовых заготовок толщиной более 10 мм и заготовок из сортовых профилей массой более 0,1 кг). Изделия малых размеров и тонколистовые заготовки, как правило, обрабатывают в условиях холодной или неполной горячей деформации.

Влияние скорости деформации на деформируемость заготовок. При увеличении скорости деформации (степени деформации в единицу времени) сопротивление деформированию возрастает, пластичность падает. Причем особенно резко снижается пластичность некоторых магниевых сплавов, высоколегированных сталей и медных сплавов при обработке давлением на молотах. Чем выше скорость деформации и ниже скорость рекристаллизации при горячей деформации, тем больше сопротивление деформированию и меньше пластичность.

Изучение поведения металла при скоростях деформации, соответствующих, например, процессам штамповки взрывом, показало, что углеродистые и легированные конструкционные стали, а также цветные сплавы обладают очень высокой пластичностью. При высоких скоростях нагружения в результате тепловыделения в металле могут возникать явления местного пережога, если заготовку нагревать до принятых значений температуры обработки.

Влияние схемы напряженного состояния. Максимальной пластичности заготовок достигают при уменьшении растягивающих напряжений и увеличении сжимающих. В условиях трехстороннего неравномерного сжатия (например, при прессовании) даже хрупкие материалы могут претерпевать значительные пластические деформации. Однако при реализации такой схемы возрастает сопротивление деформированию заготовки, в результате чего резко увеличиваются действующие на деформирующий инструмент давления. Поэтому снижается его стойкость и требуется более мощное оборудование.

Источник