Сопротивление деформации металла это

Обновлено: 05.07.2024

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 0,0020,006 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 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.

Читайте также: