1. Упругая и пластическая деформация твердого тела

1. Упругая и пластическая деформация твердого тела

Холодная пластическая деформация металлов возникает в ре­зультате изменения формы и размеров зерен (внутрикристаллитная деформация) и их относительного перемещения (межкристаллитная деформация). В первом случае деформирование проходит по самим зернам (след 1 на рис. 29 а), во втором — по границам зерен (след 2). Основную роль в процессах пластического формо­образования играет внутрикристаллитная деформация, так как при межкристаллитной холодной деформации возникают повре­ждения и трещины на границах зерен.

Схемы деформирования зерен материала.

Внутрикристаллитное деформирование происходит в боль­шинстве случаев скольжением. При действии на зерно силы Р (рис. 29 б) на плоскостях, наклоненных к направлению этой силы, возникают касательные напряжения, стремящиеся сдвинуть части зерна относительно друг друга. При достижении критической величины касательного напряжения произойдет скольжение — параллельное смещение тонких слоев кристаллита относительно смежных слоев по плоскостям скольжения (рис. 28 в), которые наблюдаются на поверхности деформированного металла в виде тонких линий. Более глубоко процесс скольжения можно объяс­нить с помощью теории дислокаций.

Межкристаллитное деформирование - это смещение и взаим­ный поворот зерен относительно друг друга без нарушения сплош­ности металла. В результате холодного деформирования зерна металла дробятся и вытягиваются в направлении пластического течения металла, образуя полосчатую микроструктуру. Вместе с зернами вытягиваются и неметаллические включения на их границах,' образуя волокнистое строение металла. Искажение кристаллической решетки приводит к возникновению напряжений в металле, изменению механических и физико-химических свойств металла, называемому упрочнением (наклепом). При наклепе возрастает прочность и твердость, снижается пластичность, ме­няется электропроводность, магнитная проницаемость металла и т. д.

При нагреве холоднодеформированного металла и деформировании нагретого металла в нем происходят разупрочняющие процессы, называемые возвратом и рекристаллизацией. Возврат для чистых металлов проявляется при температуре выше 0,ЗТ_пл и выше. Увеличение амплитуды тепловых колебаний атомов искаженной кристаллической решетки позволяет им вернуться в положение устойчивого равновесия, и остаточные напряжения в металле снимаются. При этом несколько увеличивается пластич­ность, а полосчатая и волокнистая структура металла не ме­няется.

Рекристаллизация происходит при увеличении температуры до 0,4Т_пл для чистых металлов. При этом подвижность атомов достаточна для их перегруппировок, приводящих к возникнове­нию и росту новых равноосных зерен с неискаженной кристал­лической структурой взамен деформированных. Наклеп пол­ностью снимается, полосчатая структура переходит в равноосную, а волокнистая структура сохраняется, так как вытянутые не­металлические включения не подвергаются рекристаллизации. Если в процессе деформирования рекристаллизация успевает пол­ностью произойти, деформацию называют горячей.

Обработка давлением существенно влияет на свойства мате­риала. Она позволяет улучшить качество литого металла, так как литая дендритная структура преобразуется в относительно мелкое равноосное зерно. При горячей деформации ликвидируются пу­стоты и микротрещины внутри слитка, уменьшается его ликвация (неоднородность химического состава) вследствие значительных перемещений слоев ме­талла.

Волокнистое строение деформированного металла приводит к анизотропии его свойств (прочность и ударная вязкость металла вдоль его волокон выше, чем поперек), поэтому те­чение металла при обра­ботке давлением следует направлять так, чтобы во­локна совпадали с на­правлением наибольших напряжений в детали при ее эксплуатации. Например,при изготовлении коленчатых валов штамповкой прочность его на 10—15% выше прочности вала, полученного обработкой резанием. Для некото­рых изделий волокнистость нежелательна. В таких случаях ее устраняют частично или полностью многократным изменением направления течения металла в процессе его деформирования (например, прокаткой листов в продольном, поперечном направле­нии и по диагонали). Наклеп при холодной деформации в 1,5—2 раза увеличивает прочность и твердость металла при одновременном снижении его пластичности, поэтому в некоторых случаях изделия специально подвергают упрочняющему деформированию. Учитывая явления, оказывающие влияние на качество металла при пластическом деформировании и сознательно управляя ими, можно создавать такие условия обработки давлением, при которых получаемые детали будут обладать наилучшими служебными качествами.

2. Виды изнашивания режущего инструмента

Особое значение имеет проблема влияния теплоты на изнашивание режу­щих инструментов. Процесс (резания ма- териалда, происходит в условиях повыт шенных температур и существенных дав­лений в зоне резания. П р и-^зтом-инстру- мент изнашивается^ а его режущая кромка занимает новое положение относительно обрабатываемой поверхности. В зависи­мости от конкретных условий режущая кромка может округляться, выкрашивать­ся, скалываться. Этот процесс протекает непрерывно в течение всего периода реза­ния. Общий характер изнашивания режу­щего инструмента на примере токарного резца показан на рис. 6.14, а.

При изнашивании резца\на передней поверхности лезвия образует^^нка щи-

риной а на главной задней поверхности лезвия - ленточка шириной А. |У инстру­ментов из разных материалов и при различных режимах резания преобладает износ по передней или главной задней поверхности лезвия. При одновременном изнашивании по этим поверхностям лез­вия образуется перемычка/

Износ резца по главной задней по­верхности лезвия в процессе обработки влияет на глубину резания, так как при этом уменьшается вылет резца из резце­держателя на величину и = /- /_м (рис. 6.14, б). Износ резца пропорционален времени обработки, поэтому по мере роста значе­ния и глубина резания t уменьшается. Об­работанная поверхность получается кону­сообразной с наибольшим диаметром d_u и наименьшим D. В этом случае прибли­женно износ резца и по главной задней поверхности определяется как и = Atga. Для других видов инструментов ха­рактерны общие причины изнашивания их, но форма, глубина участка износа в каждом конкретном случае свои.