Сопротивление деформации металла это
Сопротивление деформации – это то сопротивление, которое оказывают частицы металлического тела при его деформировании; это величина удельного усилия, вызывающая пластическую деформацию при данных условиях нагружения и температурно-скоростных условиях деформации.
При линейном растяжении или сжатии сопротивление деформации эквивалентно напряжению текучести. Как при холодной, так и при горячей ОМД сопротивление деформации и упрочнение зависят от физико-химической природы деформируемого тела, вида напряжённого состояния, температуры деформации и скорости деформирования. Все без исключения Ме и сплавы содержат в тех или иных количествах примеси. Абсолютно чистые Ме обладают очень маленьким сопротивлением деформации и поэтому они не пригодны для изготовления изделий, которые в процессе эксплуатации воспринимают значительные нагрузки. В то же время Ме и сплавы, имеющие примеси обладают высоким сопротивлением деформации.
Сопротивление деформации в первую очередь зависет от механических св-в металла которые можно определить с помощью кривой деформации упрочнения.
КУ-это кривая построенная в координатах истенное напряжение, степень деформации(СД) площадь поперечного сечения в которых находим δ=P/F Кривые упрочнения можно посторить из растяжения, кручения, сжатия Наибольшеераспространение имеют кривые получаемые из опытов растяжения. Деформацию образца можно хар-вать с удешевлением к стотием Кривые упрочнения можно разделить:
1)КУ 1 вида-строится в координатах истинное относит удлинение.
2)КУ 2 вида-строится в координатах истинное напряжение, относит сужение
3)КУ 3 вида-строится в координатах истинное напряж, логорифмическая деф.
4)КУ 4 вида-строится в координатах макс косат напряж, максимальный сдвиг
5)КУ 5 вида-строится в координатах октоэдрическое касательное напряж, октоэдрический сдвиг
КУ 1,2 и 3 вида имеют характерное свойство дающее возможность прибр. Их построение по данным испытания на растяжение. Св-ва КУ 1 вида
Касат к кривой упрочнения 1 вида в точке, соответсв появлению шейки отсекает на оси абсцисс влево от начала координат отрезок численно равен еденице относительного уширения.
КУ 1 вида в точке соответ началу появления шейки отсекает на нулевой ординате отрезок опред напряжение равное по величене средней прочности
Касат кривой упрочнения 1го вида в точке соотв началу появления шейки отсекает на орденате отрез 1 относительного удлинения отрезок Б, велечина которую опред напряжение численно равно удв. Значению предела прочности Св-ва КУ 2 вида
КУ 2 вида в точке соотв началу появления шейки отсекает на оси абсцисс в точке отрезок соответ велечины удвоенного напряж возник в начальный момент образования шейки
КУ 2 вида в точке соотв началу появления шейки отсекает на оси абсцисс(влево от начала координат отрезок равный 1-2 пси)
Св-ва КУ 3 вида
КУ 3 в точке соотв началу появления шейки отсекает на оси абсцисс влево от этой точки отрезок численно равный 1 логориф деформации.
КУ 3 отсекает на нулевой ординате отрезок велечина которого определяется выражением(а=сигма(1-фи)
Пластичность металлов и сопротивление металлов пластической деформации
Пластичностью называют свойство металлапод действием сил изменять свою форму и размеры без разрушения. Пластичность представляет собой сложную характеристику металла и зависит от целого ряда факторов. Основными факторами, определяющими пластичность металла при обработке давлением, являются химический состав и структура металла, температура, скорость деформации, а также схема напряженного состояния.
В значительной степени на пластичность влияет химический состав металла. Наибольшую пластичность проявляют чистые металлы. Примеси, и даже ничтожное их содержание, как правило, значительно снижают пластичность. Примеси, растворяясь в небольших количествах, образуют хрупкие сетки по границам зерен. Такие примеси называют вредными. Вместе с тем некоторые примеси повышают пластичность, подавляя вредное влияние других примесей. Так, в стали содержание углерода до 0,8–1 %незначительно уменьшает пластичность металла. Дальнейшее повышение содержания углерода приводит к тому, что сталь в литом состоянии можно обрабатывать только ковкой.
При рассмотрении влияния структуры металлана пластичность различают литую структуру и деформированную. Металл в литом состоянии обладает меньшей пластичностью, чем в деформированном состоянии. Структурная неоднородность литого металла, которая выражается в различном строении дендритов, дендритной и зональной ликвации, наличии неплотностей и неравномерном распределении примесей снижает его пластичность.
После горячей пластической деформации литого металла структурная неоднородность его уменьшается и повышается его пластичность.
Как правило, пластичность металлов повышается с повышениемтемпературы. Наибольшую пластичность металлы имеют между температурой рекристаллизации и температурой плавления. Пластичность с ростом температуры увеличивается не монотонно. Это объясняется тем, что некоторые примеси и легирующие добавки образуют легкоплавкие соединения (эвтектики), которые при некоторых температурах резко уменьшают пластичность.
Когда температура нагрева близка к температуре плавления, пластичность резко снижается из-за перегрева (интенсивный рост зерна) и пережога (окисление границ зерен).
Действие скорости деформации на пластичность при горячей деформации зависит от протекающих одновременно в металле двух процессов: упрочнения (наклепа) и разупрочнения (рекристаллизации). Скорость упрочнения металла определяется скоростью деформации, а скорость разупрочнения – скоростью рекристаллизации, которая зависит от температуры нагрева металла.
С увеличением скорости деформации при холодной обработке давлением в обрабатываемом металле выделяется больше тепла деформации, которое может вызывать отчасти развитие процесса разупрочнения и, следовательно, повысить пластичность металла.
При обработке давлением большое влияние на пластичность металла оказывает схема напряженного состояния. Положительное влияние на пластичность оказывают сжимающие напряжения, а отрицательное – растягивающие. Проявление пластических свойств металла зависит не только от того, какие напряжения к нему приложены – растягивающие или сжимающие, но и от величины этих напряжений, которая определяется значением среднего давления:
где – среднее давление, МПа;
, , – главные напряжения, МПа.
В зависимости от того, какие по величине и по знаку прикладываются к обрабатываемому материалу напряжения, он может находиться в хрупком или пластическом состоянии. Например, в условиях всестороннего растяжения весьма пластичные материалы, как низкоуглеродистая сталь, переходят в хрупкое состояние. С другой стороны, при всестороннем сжатии такие хрупкие по своей природе материалы, как песчаник и мрамор, могут обладать пластичностью, т.е. устойчиво изменять свои форму и размеры без разрушения. Некоторые металлы (например, магний и его сплавы, ряд жаропрочных сплавов и др.) успешнее пластически деформируются тогда, когда более ярко проявляется схема всестороннего сжатия. Поэтому на практике при обработке металлов давлением стремятся создать схему, близкую к всестороннему сжатию, которая обеспечивает самую высокую пластичность.
Наряду с пластичностью важной технологической характеристикой металлов является сопротивление пластической деформации. Эта характеристика дает количественную оценку податливости обрабатываемого металла и имеет большое значение при назначении технологических режимов прокатки металла, определяя силовые условия процесса. Чем выше сопротивление деформации металла, тем ниже его податливость обработке давлением и тем труднее его обрабатываемость. Металл, обладающий большим сопротивлением деформации, обрабатывают с меньшими обжатиями и при этом используют большие усилия и более мощное оборудование.
Сопротивление пластической деформации при обработке давлением также зависит от ряда факторов: химического состава металла; температуры, при которой деформируется металл; скорости и степени деформации; напряженного состояния деформируемого металла.
Химический состав обрабатываемого металла, его кристаллическая решетка в значительной степени влияют на сопротивление пластической деформации. Тугоплавкие металлы имеют более высокие значения сопротивления пластической деформации, чем легкоплавкие. Как правило, легирующие примеси повышают сопротивление пластической деформации. Температура является наиболее сильно действующим фактором. Понижение сопротивления пластической деформации с повышением температуры часто не имеет плавный характер.
При относительно низких температурах существенное влияние на сопротивление пластической деформации оказывает наклеп (упрочнение). При наклепе сопротивление деформации металлов повышается. Это явление наблюдается при холодной прокатке у большинства металлов, за исключением свинца и олова, температура рекристаллизации которых не превышает комнатную температуру.
При горячей обработке металлов влияние наклепа тесно связано с влиянием скорости деформации, т.е. приращением степени деформации за единицу времени. Сущность этого явления заключается в следующем. При деформировании металла протекающая в нем рекристаллизация осуществляется противоположно процессу наклепа. Однако скорость рекристаллизации в большинстве случаев отстает от скорости деформации и, тем самым, не полностью снимается наклеп металла. Следовательно, чем выше скорость деформации, тем меньше полнота протекания рекристаллизации, и тем выше сопротивление пластической деформации.
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:
где –предел текучести материала, т.е. сопротивление деформации при фиксированных условиях (в частности, при горячей прокатке базовыми являются следующие параметры: t = 1000 °C, = 10 с -1 , = 0,1);
– 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:
где Т – абсолютная температура (К), М и m – коэффициенты, зависящие от природы металла. Для практических расчетов берут М = 412,4 и m = 34,4*10 -4 .
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.
Пригорячей 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:
где – степень деформации, – скорость деформации, Т – температура ( o C), a, k, l, m – коэффициенты, зависящие от марки стали. Формула действительна для = 0,05-0,40; = 0,1–100 с -1 .
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).
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Сопротивление деформации
В инженерных расчетах энергосиловых параметров важное значение имеет определение величины сопротивления деформации наиболее упрощенно это свойство металла, которое характеризует его податливость деформирующим усилиям в данных условиях обработки. Если металл практически обрабатывался при условиях, близких к лабораторным (как определяются вышеприведенные механические свойства металла), то за величину сопротивления деформации можно было бы принять величину предела текучести т, т.е. то напряжение, при котором могла бы начаться пластическая деформация. А величина предела текучести определяется методом статического растяжения при комнатной температуре, при скорости деформации порядка 0,0020,006 с -1 , без подпора, натяжения и др.
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
(иногда обозначается kf, 2k или f);
В свою очередь величины k и 
где nt,n,n 1 ,n 11 ,n 111 коэффициенты, соответственно учитывающие влияние температуры, скорости деформации, наклепа, контактного трения, внешних зон и натяжения;
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 т (иногда обозначается 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 т, а k, которая тем и отличается от 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 700900°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 34 раза. Наиболее резкое влияние наклеп оказывает на первых стадиях обработки, до получения суммарной деформации в 4050%.
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.
Читайте также: