HomeСталь, сплавы › Влияние скорости деформации на металл

Влияние скорости деформации на металл

Влияние скорости деформации на металлПолучаемые при статических испытаниях свойства тугоплавких металлов не соответствуют их значениям в реальных условиях обработки давлением, проводимой с различными скоростями и степенями деформации. Общая тенденция выражается в том, что с повышением скорости деформации увеличивается сопротивление металлов деформации. Особенно это заметно при горячей обработке давлением.

 

В условиях работы современных производственных механизмов для деформации металлов скорости деформации могут изменяться в широких пределах (в несколько тысяч раз) при значительном изменении рабочих температур. В этих условиях изменения скорости и температуры становятся важными и связанными друг с другом факторами воздействия на свойства металлов. Поэтому более правильно рассматривать температурно-скоростные условия пластической деформации.

 

В силовых расчетах при прокатке и других видах обработки давлением важно знать изменение сопротивления деформации (обычно характеризуемого истинным пределом текучести) в зависимости от скорости деформации при различных температурах и степенях деформации. Физическая природа влияния скорости деформации на сопротивление деформации подробно описана в работах А. П. Чекмарева, Н. И. Давиденкова, И. Л. Перлина, М. А. Большаниной, В. Д. Кузнецова и других.

 

Кратко сущность этого процесса состоит в том, что перемещение атомов в кристаллах возможно только при преодолении энергетических барьеров, образующихся между ними в атомной решетке. При деформации металла создаются напряжения, способствующие преодолению этих барьеров, и искажению атомной решетки. Общий энергетический уровень смещенных, «зацепившихся» в новом положении атомов повышается.

 

Наряду с этим атомы совершают тепловые движения и, возможно, у отдельных атомов создаются условия к перемещению из «зацепленного» положения к положению с более глубоким энергетическим минимумом. Такие процессы могут проходить, более вероятно, с увеличением времени, так как при этом происходит самопроизвольный процесс индивидуального перехода атомов в более устойчивое положение, т. е. «возврат» (отдых) к свойствам металлов до пластической деформации.

 

Чем выше скорость деформации, тем выше эффект упрочнения и тем менее сказывается влияние «возврата». С понижением температуры влияние «возврата» ослабевает, так как снижается энергия колебания атомов. В тугоплавких металлах при комнатных температурах по существу не обнаруживается явление возврата в процессе пластической деформации. С повышением температуры, при которой происходит пластическая деформация, влияние «возврата» и скорости деформации увеличивается, а влияние упрочнения (наклепа), наоборот, падает.

 

Однако следует учитывать, что при разных значениях скоростей и температур могут влиять и другие факторы, изменяющие сопротивление пластической деформации, поэтому зависимость сопротивления деформации металла от скорости деформации не может оставаться однотипной.

 

В настоящее время явление скорости деформации рассматривается в зависимости от скорости перемещения и числа дислокаций, участвующих в пластическом течении.

В общем виде скорость пластического течения е как для монокристаллов, так и для поликристаллов определяют следующим уравнением:

е = рЧ (9)

где р — средняя плотность дислокаций, участвующих в пластическом течении; Ь — вектор Бюргерса; v — скорость перемещения дислокации.

 

У верхнего предела текучести в пластическом течении участвует малое число дислокаций и для движения их со скоростями, соответствующими скорости деформации, требуется высокое напряжение.

 

У нижнего предела текучести в пластическом течении участвует большое число дислокаций, и для движения их с меньшими скоростями нужно меньшее напряжение. Атомы внедрения, находясь около движущихся дислокаций, перемещаются в более выгодные для них места и, двигаясь с дислокациями, вызывают вязкое торможение.

 

Более подробно влияние скорости деформации на изменение свойств тугоплавких металлов рассмотрим на примере ниобия.

Опыты показали, что с увеличением скорости деформации с 0,54 до 560%/сек сопротивление деформации, выраженное истинным пределом текучести, возрастает с 637 Мн/м2 (63,7 кГ/мм2) до 845 Мн/м2 (84,5 кГ/мм2), а 6т при увеличении скорости деформации до 2500%/сек составляет уже 980 Мн/м2 (98 кГ/мм2).

 

При относительно низких температурах (300-400° С) усилие при растяжении образцов ниобия в условиях разных скоростей деформации изменяется в 1,5-2 раза, а при высоких температурах (1100-1200°С) усилие деформации при больших скоростях (2500%/сек) по сравнению со скоростями 0,54%/сек возрастает в 10 и более раз.

 

Таким образом, в зависимости от скорости деформации имеется то или иное упрочнение ниобия, причем степень этого упрочнения зависит от температуры. Для качественной и количественной характеристик влияния скорости и степени деформации на упрочнение металла часто пользуются особым коэффициентом, называемым скоростным коэффициентом или коэффициентом упрочнения.

 

Под этим коэффициентом понимают отношение истинного предела текучести при данной скорости деформации к истинному пределу текучести при статической скорости деформации для данной температуры и степени деформации.

При увеличении степени деформации истинный предел текучести возрастает, однако в разном соотношении в зависимости от температуры и скорости деформации. Например, для ниобия при температуре испытания 300° С со степенью деформации 60% коэффициент упрочнения при скорости деформации 0,549 %/сек составляет 1,97, а при скорости деформации 2500% /сек — 3,2.

 

Принимая истинный предел текучести при данной скорости деформации и комнатной температуре 330 Мн/м2 (33,0 кГ/мм2), коэффициент упрочнения практически не изменяется и составляет 1,11, а при скорости деформации 2500%/сек он возрастает до значения 7,23.

 

Изменение прочности тантала при высоких температурах в зависимости от скорости деформации показано. Тантал, испытанный при скорости 150 мм/мин и 2760° С, обнаруживает столь же высокую прочность, как и при 1930° С в случае испытания при малой скорости (0,075 мм/мин).

 

Изучение влияния температурно-скоростных условий деформации на свойства металла имеет особенное значение для тех процессов, в которых скорость деформации соизмерима со скоростью звука, например для деформации металлов методом взрыва.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.