Методическое руководство (стр. 3 )

При образовании текстуры рекристаллизации отожженный поликристаллический металл характеризуется анизотропией свойств.

Анизотропия в ряде случаев нежелательна. (Например, при глубокой штамповке листов во избежание получения таких дефек­тов, как складчатость, волнистая кромка и др.). Лист должен деформироваться во всех направлениях одинаково. В трансфор­маторной стали используют анизотропию магнитной проницаемос­ти таким образом, чтобы ее максимальное значение вдоль было параллельно направлению магнитного потока.

Холодная и горячая деформация. В зависимости от соотно­шения температур деформации и рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодную дефор­мацию проводят при температурах ниже температуры рекристаллизации, поэтому она сопровождается упрочнением (на­клепом) металла.

Рис.4. Влияние температуры (а), продолжительности нагрева (б) и степени деформации (в) на величину рекристаллизованного зерна:

t1<t2<t3, on и on’ - продолжительность инкуба­ционного периода, f и f' - критическая степень деформации

Горячую деформацию проводят при температуре выше температуры рекристаллизации (0,7-С.75 ТПЛ), при этом получается полностью рекристаллизованная структура. При этих температурах деформация также вызыва­ет упрочнение («горячий наклеп»), которое полностью или час­тично снимается рекристаллизацией, протекающей при температу­рах обработки и при последующем охлаждении.

В отличие от статической рекристаллизации, рассмотрен­ной ранее, процессы рекристаллизации, происходящей в период деформации, называют динамическими.

При горячей обработке давлением (ковке, прессовании, прокатке, штамповке и т. д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуется с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической рекристаллизации во время деформации и охлаждения.

Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей или теплой де­формацией. В этом случае процесс деформации металла с большими обжатиями и больших сечений затрудняется.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Вариант 1 - Создание холодной пластической деформации катодом сжатия на прессе ИП-500.

2.1.1. Для испытаний следует выбирать пластичные металлы сплавы: техническое железо, низкоуглеродистая сталь, медь, латунь, алюминий и его сплавы. Рекомендуется использовать об­разцы диаметром 10 мм и высотой 15 мм.

2.1.2. Измерить твердость образцов исследуемого материала в исходном состоянии. Твердость образцов стали рекомендуется измерять стальным шариком по Роквеллу (шкала В), а образцов цветных металлов и сплавов - по Бринеллю (шариком диаметром 2,5 мм при нагрузке 625 Н).

2.1.3. Провести холодную пластическую деформацию образцов методом сжатия для создания различной степени пластической деформации. Следует создавать осадку образцов в пределах 10÷50% высоты.

2.1.4. Определить созданную степень пластической деформации образцов. Высоту образцов до и после деформации можно измерять штангенциркулем с точностью 0,1 мм. Степень холодной пластической деформации подсчитывается в процентах как отношение:

где l0 и lk - высота образца до и после осадки, мм.

Данные измерений занести в табл. 2.1.

Влияние степени холодной пластической деформации на твердость исследуемого материала

Таблица 2.1

Материал

Начальная высота образца, l0, мм

Высота образца после осадки, lк, мм

Степень холодной пластической деформации, ε, %

Твердость

2.1.5. На основании полученных данных построить график изменения твердости в зависимости от степени холодной пласти­ческой деформации.

2.1.6. Провести отжиг образцов предварительно деформиро­ванных на одинаковую степень пластической деформации при температурах ниже и выше температуры рекристаллизации для испытуемого материала на 45 мин. Образцы охладить на воздухе. Осадку для малоуглеродистой стали следует создавать 30 %, а для цветных металлов и сплавов не менее 50% высоты. Рекомен­дуемые температуры отжига дли различных материалов приведены в табл. 2.2.

Температура отжига холоднодеформированных металлов и сплавов Таблица 2.2

№ п / п	Материал	Т е м п е р а т у р а º С
Рекристаллизация (теоретическая)	Отжига после холодной деформации
1	Техническое железо	450
2	Низкоуглеродистая сталь	450
3	Медь	270
4	Латунь	250
5	Алюминий	100

2.1.7. После отжига измерить твердость образцов.

Данные измерений занести в табл. 2.3.

Влияние нагрева на твердость материала после холодной пластической

деформации Таблица 2.3

Твердость материала	После холодной деформации	После отжига при температуре º С

2.1.8. По данным табл. 2.3 построить график влияния тем­пература отжига на твердость холоднодеформированного материа­ла.

2.1.9. Определить примерную температуру рекристаллизации исследуемого материала, найденную на основании подученных результатов.

2.1.10. Провести микроанализ образцов на примере техничес­кого железа после следующих видов воздействия: образцы, на подвергавшиеся холодной пластической деформации, образцы после осадки на 20% и 30% высоты; образцы после осадки на 30% высоты и нагрева до температур 200, 450, 600 и 800°С с выдерж­кой 60 мин.

2.1.11. Зарисовать и дать характеристику микроструктуре. По данным микроструктуры определить примерную температуру ре­кристаллизации.

2.2. Вариант II - Создание холодной пластической деформации на приборе Бринелля.

2.2.1. Провести пластическую деформацию на приборе Бринелля путем вдавливания стального закаленного шарика диаметром 10 мм с нагрузкой 2500, 5000, 10000, 15000 и 20000 Н на одном образце и с нагрузкой 20000 Н на четырех образцах малоуглеродистой стали.

2.2.2. Степень холодной пластической деформации образцов в месте вдавливания считать пропорциональной нагрузке по Бринеллю.

2.2.3. Измерить твердость пластически деформированных об­разцов в центре сферического отпечатка на приборе Роквелла. Результаты записать в табл. 2.4.

Влияние степени холодной пластической деформации на твердость малоуглеродистой стали

Таблица 2.4

Марка стали

Степень пластической деформации, пропорциональная нагрузке по Бринеллю, кН

Твердость

2.2.4. По данным табл. 2.4. построить график зависимости твердости от степени пластической деформации.

2.2.5. После пластической деформации с нагрузкой 20 кН провести отжиг образцов. Для этого заложить по одному образцу в печи, предварительно нагретые до 200, 550, 650, 700°С на 45 мин. Образцы охладить на воздухе.

2.2.6. После отжига измерить твердость в центре сферичес­кого отпечатка на приборе Роквелла. Измерение твердости отожженных образцов производят в лунках отпечатков после удаления окалины наждачной бумагой. Данные записать в табл. 2.5.

Влияние температуры отжига на твердость холоднодеформированной малоуглеродистой стали

Таблица 2.5

Марка стали	Степень пластической деформации, пропорциональная нагрузке по Бринеллю, кН	Твердость
Температура отжига, °С
200	500	650	700
20

2.2.7. По данным табл. 2.5 построить график влияния температуры нагрева на твердость пластически деформированной малоуглеродистой стали.

2.2.8. Зарисовать микроструктуру технического железа до пластической деформации, после холодной пластической деформа­ции и после рекристаллизационного отжига.

3. Требования к отчету.

Отчет должен содержать:

- наименование и цель работы,

- оборудование, материалы;

- таблицы 2.1, 2.3, либо 2.4 и 2.5;

- график влияния степени холодной пластической деформа­ции на твердость исследуемого металла;

- график влияния температуры нагрева на твердость холоднодеформированного металла;

- зарисовки микроструктур технического железа до пласти­ческой деформации, после холодной пластической деформации и после нагрева.

4. Контрольные вопросы.

4.1. Опишите сущность явления наклепа и примеры его прак­тического использования.

4.2. Детали, изготовляемые из прутков меди диаметром 20 мм, должны иметь предел прочности не ниже 300 МПа. Между тем на заводе имеются прутки меди большого диаметра с пределом прочности 220-250 МПа. Указать, как можно повысить пре­дел прочности меди.

4.3. Детали из низкоуглеродистой стали, изготовленные штамповкой в холодном состоянии, имели после штамповки неодинаковую твердость, в различных участках она колебалась от 100 НВ до 200 НВ. Твердость стали до штамповки составляла 100 НВ. Объяснить, почему деталь получила неодинаковую твердость.

4.4. Обменить, можно ли отличить по микроструктуре металл, деформированный в холодном состоянии, от металла, деформированного в горячем состоянии, и указать, в чем заключается различие в микроструктуре.

4.5. Объяснить, можно ли создать значительное упрочнение свинца, если его подвергнуть деформации при комнатной температуре.

4.6. Волочение медной проволоки проводят в несколько переходов. Если волочение с большим обжатием выполняют без промежуточных операций, то проволока на последних переходах дает разрывы. Объяснить причины разрыва и указать меры для предупреждения этого.

4.7. Объяснить, к какому виду деформации - холодной или горячей - надо отнести:

- прокатку олова при комнатной температуре;

- деформацию стали при 400, а вольфрама - при 1000 °С.

4.8. Как устанавливается температура порога рекристаллизации металла и сплава? Приведите несколько конкретных примеров.

4.9. В чем сущность и назначение дробеструйной обработки?

4.10. Под действием каких напряжений происходит пластическая деформация и как при этом изменяется структура и свойства металлов?

4.11. Какая термическая обработка применяется после холодной пластической деформации для устранения наклепа? Обоснуйте выбор режима (на примере алюминия) и опишите проходящие превращения.

4.12. Как определяется температура порога рекристаллиза­ции? Как влияют состав сплава и степень пластической деформа­ции на эту температуру?

4.13. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации металлов? Влияние дислокаций на свойства металлов.

5. Рекомендуемый библиографический список

1. Гуляев - М.: Металлургия, 19с.

2. Лахтин и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 19с.

3. Металловедение и термическая обработка стали: В 3-х т.
Т.2. Основы термической обработки/ Под ред. Л., Рахштадта А. Г. - М.: Металлургия, 19с.

4. , : Материаловедение, М. Машиностроение, 1999, 528с.

5. , : Материаловедение и технология металлов, М. Высшая школа 2002, 637с.

Лабораторная работа № 3

Обработка металлов давлением

Цель работы

Ознакомление с общим устройством гидромашин, принципом их действия, условиями деформации металла на гладких плитах, приобретения навыков выработки ре­жима деформации и управления прессом, проведения необходимых измерений, расчетов и анализа получен­ных данных.

1. Основные теоретические представления

Обработка металлов давлением возможна, благодаря их спо­собности под действием приложенных сил пластически деформиро­ваться и сохранять полученную форму после снятия нагрузки.

К основным методам пластического деформирования относят­ся; прокатка, прессование, волочение, ковка, объемная и листо­вая штамповка и некоторые другие специальные видь! обработки заготовки.

Ковка и штамповка предназначены чаще всего для получения приближенной формы и размеров готовых деталей с полной или частичной дальнейшей обработкой резанием.

Для изучения основных операций ковки и штамповки в лабо­раторных условиях может быть использована машина для испыта­ний на сжатие типа ИП-1 [ИП], общий вид которой показан на рис. 1.

Предельная нагрузка развивается на прессе, составляет 500 кН.

Машина установлена на фундаменте 11 и состоит из нагружа­ющего устройства 10, пульта управления 2 и блока измерения 1.

Нагружающее устройство состоит из двух вертикальных резь­бовых колонн 7, соединенных траверсой 5, в которой крепится верхняя опорная плита 6.

Нижняя плита 8 крепится к поршню 9, положение которой фиксируется от поворота направляющим стержнем.

Контроль за величиной хода поршня осуществляется по линейке 4.

Общий вид пульта управления и блока измерения показан на рис. 2.

Подготовка машины к испытаниям и порядок работы

До начала работы необходимо проверить соответствие рабо­чего пространства машины исходной высоте заготовки.

В зависимости от размеров испытуемого образца определя­ется максимально необходимое усилие и в зависимости от него устанавливается необходимый уровень защиты от перегрузки.

Подключение машины к электросети выполняется выключателем 1 (рис. 2), что подтверждается загоранием лампы 3. Ручка 4 ус­танавливается на сброс, а ручка 6 на слив, вращением против ча­совой стрелки до упора кнопкой 2 включается насосная установка. После этого кнопкой 7 подключается блок измерения. Кнопкой 8 включается выбранный уровень защиты от перегрузки. Обнуление системы измерения производится кнопкой 10.

Затем по индикатору 12 устанавливается необходимая ско­рость нагружения вращением ручки 6, при этом ручка 4 находит­ся в положении "нагружение". Кнопкой 13 устанавливается допу­стимая скорость нагружения.

Рис. I. Гидромашина для испытания на сжатие типа ИП

Рис. 2. Система СИ-2 (пульт управления и блок измерения)

1. Выключатель; 2. Кнопка пуска насоса; 3. Сигнальная лампа включ.; 4. Ручка включения нагружения; 5. Кнопка стоп; 6. Регулятор скорости нагружения и сброса нагрузки; 7. Кнопка включения питания; 8. Кнопки уровня диапазона защиты; 9. Индикатор нагрузки; 10. Кнопка "пуск" системы СИ-2; 11. Потенциометр установки нуля; 12. Индикатор скорости нагружения; 13. Переключатель диапазона скорости

Завершение деформации прекращается нажатием кнопки 5.

Максимальную нагрузку на образец можно определить по ин­дикатору 9 после нажатия кнопки 10.

Для снятия давления ручка 6 устанавливается в положение «слив», а ручка 4 - на сброс. Кнопкой 7 отключается блок изме­рения, а выключателем 1 отключается электросеть.

«Изучение процессов свободной ковки и штамповки на гидропрессах»

При обработке металлов давлением происходит непрерывный контакт металла заготовки с поверхностью инструмента, т. е. в процессе обжатия формоизменение происходит при скольжении на­ружных слоев металла по инструменту.

Внешнее трение затрудняет скольжение, но действие его не одинаково по объему тела. Влияние силы трения на процесс деформации уменьшается по мере удаления от места контакта.

Наиболее наглядно это наблюдается при осадке цилиндричес­кого образца между параллельными плитами.

На схемах 1 и 2 показано состояние заготовки до и после обработки.

Как видно из схем, при осадке образец принимает бочкообразную форму, величина которой во многом зависит от контактной поверхности инструмента и заготовил.

Напряжение трения на контактной поверхности увеличивается от периферии к центру, гак как для смещения какой-либо точки контактной поверхности в направлении радиуса от центра необхо­димо приложить силу, равную сопротивлению всех точек, располо­женных на данном радиусе. По мере удаления от центра по оси об­разца и по радиусу к периферии напряжения трения уменьшаются, деформация облегчается.

Схема 1

Схема 2

Затруднение скольжения металла по поверхности инструмента приводит к неравномерному уширению по высоте заготовки. Макси­мальное уширение наблюдается на примерно равном расстоянии от торцов заготовки, что составляет половину ее высоты. На всей остальной поверхности по мере приближения к торцам величина абсолютного уширения уменьшается, что приводит к характерному бочкообразованию (схема 2).

Кроме этого, при осадке заготовок большой высота возможна потеря ее устойчивости, что сопровождается искривлением оси ци­линдра и при дальнейшей осадке образованию запрессованных скла­док. Теоретическими расчетами и подтверждающими их опытными дан­ными установлено, что потери устойчивости заготовки при осадке не будет, если отношение ее высоты к диаметру не будет превы­шать 2-2,5 единиц.

2. Порядок выполнения работы

Работа проводится под постоянным контролем преподавателя или лаборанта кафедры.

Студентам на группу из 5-7 человек выдается металлическая заготовка цилиндрической формы. Марка материала указывается преподавателем.

1. Первоначально определяются исходные размеры заготовки (Н0 – высота и Д0 - диаметр). По полученном данным определяется устойчивость заготовки при осадке по формуле

.