Изменение свойств металла при пластической деформации

При пластической деформации в результате наклепа происходит упрочнение металла, повышается предел текучести и снижается пластичность. Важно подчеркнуть, что наклеп зависит от степени деформации и происходит одновременно с деформацией. Между актом деформации и появлением наклепа в металле никакого промежутка времени нет.

Процессы, происходящие в металле при деформации, легче всего наблюдать при растяжении образца на разрывной машине. ГОСТом закреплены форма и размеры стандартных образцов, подвергаемых растяжению.

На рис. 1.8, а приведена типовая кривая растяжения образца из малоуглеродистой стали. На разрывной машине в процессе деформации записываются удлинение образца Д/ = / — /₀ и усилие растяжения Р. Перестроенная в координатах напряжение о = Р/Р— относительное удлинение е = Д1/1 диаграмма растяжения имеет два участка (рис. 1.8, б). Первый (/) характеризует упругую деформацию. Если образец разгрузить на этом участке, то он полностью восстановит свои первоначальные размеры. Напряжение о₍, при котором начинается пластическая деформация, называется пределом текучести.

На втором участке (II) наряду с упругой существует пластическая деформация. Если образец в точке А разгрузить, то образец укоротится на величину упругой деформации. Пластическая же составляющая деформации не исчезает, поэтому ее называют остаточной. Таким образом, общая деформация складывается из упругой и пластической составляющих:

Для большинства металлов и сплавов трудно выделить точку, в которой начинается пластическая деформация, поэтому условным пределом текучести <т₍ называют напряжение на диаграмме, соответствующее 0,2 % остаточной деформации. Для обработки давлением, как правило, упругая составляющая

Рис. 1.8. Кривые растяжения образца: а — полученная на разрывной машине; б — перестроенная в координатах а—е; в — в координатах напряжение — пластическая деформация не интересна, поэтому кривую растяжения образца еще раз перестраивают, откладывая по оси ординат только остаточную деформацию е_пл (рис. 1.8, в). В дальнейшем индекс “пл” будем опускать, подразумевая, что мы всегда имеем дело только с пластической составляющей деформации.

Рис. 1.9. Кривые наклепа некоторых металлов и сплавов:

/ - сталь ЭИ69; 2 - сталь Х18Н9Т; 3 — сталь 40ХН МА; 4 — латунь Л -59; 5 — дюралюминий; 6 — медь

Имея такую диаграмму растяжения, можно определить прочностные и пластические характеристики металла. Показателями прочности являются условный, или фактический, предел текучести о₅ и временное сопротивление о_в (напряжение, соответствующее началу разрушения образца).

Показателями пластичности служат степень деформации или относительное удлинение образца е = А///_к до момента его разрушения и относительное сужение (уменьшение площади поперечного сечения) шейки образца в момент разрушения

= (Р₀ ~Р_К)/Р_К, где /₀ и Р₀— начальные, а /_к и Р_к — конечные значения длины и площади поперечного сечения образца. (Приведенные выше /и Т⁷—текущие значения.)

В совокупности прочностные и пластические характеристики называются механическими свойствами металла. Для всех конструкционных материалов механические свойства являются самыми важными эксплуатационными характеристиками. Уровень требований к механическим свойствам металлов и сплавов закрепляется ГОСТом или ТУ на поставку готовой продукции.

Всю кривую от ст₅до о_в можно трактовать как кривую наклепа (упрочнения) металла, т. е. как кривую изменения предела текучести а_ч металла в зависимости от степени пластической деформации е. В справочниках (например, [5]) можно найти такие кривые для многих конструкционных металлических материалов. На рис. 1.9 приведены кривые упрочнения для некоторых материалов.

Значение пластической деформации, соответствующей точке разрыва образца, называется запасом пластичности металла. При пластической деформации запас пластичности расходуется. Например, в точке А (см. рис. 1.8, в) часть запаса пластичности е, израсходована, и оставшийся запас пластичности составляет е₂. Чтобы возвратить металлу первоначальные механические свойства, его необходимо отжечь, т. е. нагреть до температуры выше А_св (в область аустенита) и медленно охладить.