Платична деформация и нагряване на метал
Физически основи на металообработването
един) Пластична деформация - сложен физико-химичен процес, в резултат на който заедно с промяна във формата и структурата на основния метал се променят и неговите механични и физикохимични свойства. Разгледано е физическото естество на процеса на пластична деформация.
Както знаете, металите и сплавите имат кристална структура, характеризираща се с това, че атомите в кристалите са разположени на места със стабилно равновесие в строго определен ред за всеки метал.
При специални условия на охлаждане металът се втвърдява под формата на голям кристал с правилна форма, наречен монокристал. Структурата на един кристал се определя от съответната кристална решетка.
Нека разгледаме студената пластична деформация на един кристал. Напреженията възникват в монокристала под действието на външни сили. Докато тези напрежения надвишат стойност, която е съвсем определена за даден метал (наречена граница на еластичност), възниква еластична деформация. При еластична деформация атомите се отклоняват от местата на стабилно равновесие с разстояния, които не надвишават междуатомните. След отстраняване на товара под действието на междуатомни сили, атомите се връщат на предишните си места на стабилно равновесие, формата на тялото се възстановява, докато няма промени в структурата и свойствата на метала. Еластичната деформация е придружена от леко обратимо изменение на обема на тялото, което например за мед при напрежения на натиск от 100 kg/mlti2 (980 MN/m2) е 1,3%.
С увеличаване на външното натоварване се увеличава и деформацията на атомите. При определени напрежения за даден метал (граница на текучест) атомите се изместват на нови места със стабилно равновесие на разстояния, значително надвишаващи междуатомните. След отстраняване на товара, формата на монокристала не се възстановява, той получава пластична деформация.
Необратимите размествания на атомите в един кристал се случват главно под формата на приплъзване и в по-малка степен под формата на побратимяване.
Приплъзването е изместването на атомите в тънки слоеве на един кристал. Изместванията се извършват по специални кристалографски равнини, а разстоянието между равнините на приплъзване е 100-200А. При определени условия следите от приплъзване могат да се наблюдават като ивици на повърхността на метала, който се деформира.
Побратимяването, което се случва главно при ударни натоварвания, се състои в подредено преместване на група атоми спрямо специална равнина - равнина на побратимяване.
Изместената част на монокристала ще бъде огледално изображение (близнак) на неговата недеформирана част.
Пластичната деформация на един кристал е придружена от изкривяване на кристалната структура, образуване на фрагменти и поява на остатъчни напрежения в кристала.
Тези явления, усложняващи процеса на по-нататъшна деформация, причиняват промени в механичните и физикохимичните свойства на основния метал: якост, твърдост, електрическо съпротивление и химическа активност се увеличават, с едновременно намаляване на пластичността, якостта на удар, магнитната пропускливост и др.
Комбинацията от промени в механичните и физикохимичните свойства в резултат на студена пластична деформация се нарича втвърдяване (или работно втвърдяване).
Трябва да се има предвид, че по време на пластична деформация на практика не настъпва промяна в плътността на метала, неговият обем остава постоянен.
Както бе споменато по-горе, металите и сплавите, използвани в промишлеността, имат поликристална структура.
По време на обработката под налягане на такива метали се получава пластична деформация на отделни зърна чрез плъзгане и двойничество (подобно на монокристал) и тяхното изместване един спрямо друг. Деформацията е придружена от фрагментация на зърната и тяхното удължаване в посока на най-големия метален поток. В резултат на това последният придобива финозърнеста структура на линията, ясно наблюдавана под микроскоп (фиг. 1, а).