УСЛОВИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ

АННОТАЦИЯ

В статье показана, теории ОМД известно несколько условия пластичности. При горячей пластической обработке процессы наклепа и рекристаллизации идут одновременно; какой из них преобладает - зависит от конкретных значений степени деформации и температуры.

ABSTRACT

The article shows that OMD theory knows several plasticity conditions. During hot plastic processing, the processes of riveting and recrystallization occur simultaneously; which of them prevails depends on the specific values of the degree of deformation and temperature

Ключевые слова: температура, пластичностm, рекристаллизация, деформация, диаграмма, механическом испытании, процесс, рекристаллизацией.

Keywords: temperature, plasticity, recrystallization, deformation, diagram, mechanical test, process, recrystallization.

В теории ОМД известно несколько условий пластичности. Чтобы объяснить их смысл, лучше начать с условия пластичности для одноосного (линейного) напряженного состояния (когда образец с небольшой площадью поперечного сечения (например, круглый с диаметром 10-20 мм) растягивают или сжимают, контролируя значения деформации и растягивающей (сжимающей) силы. Характерная диаграмма растяжения (сжатия) этого процесса показана рис. 1. По оси абсцисс этой диаграммы отложена относительная деформация по длине образца:

где первоначальная длина, м; абсолютное удлинение (сжатие), м.

Рисунок 1. Схематизированная зависимость растягивающего (сжимающего) напряжения от относительного удлинения (сжатия) при механическом испытании образца металла

По оси ординат отложено растягивающее (сжимающее) нормальное напряжение, направленное вдоль оси образца, перпендикулярно его поперечным сечениям:

где осевая сила, растягивающая (сжимающая) образец, МН; первоначальная площадь поперечного сечения образца, м². На графике видны три характерные зоны: упругой деформации (1), пластической деформации (2) и разрушения (3). Напряжение по своей сущности является сопротивлением деформации. В зоне 1 - это сопротивление упругой деформации, подчиняющееся одному из основных законов теории упругости - закону Гука:

где модуль упругости материала образца.

Согласно (1.3), прямо пропорционально причем если в любой точке графика в пределах зоны 1 прекратить нагружение (убрать силу F), то относительная деформация начнет уменьшаться по той же прямой (1.3), вплоть до нулято есть образец вернется к первоначальной длине (остаточная деформация

Поэтому зона 1 является штатной зоной работы деталей всех машин и механизмов. Максимальное значение напряжения в упругой зоне определяется по формуле

где начальное значение напряжения в пластической зоне 2 (исходное сопротивление пластической деформации материала образца).

Детали машин рассчитывают так, чтобы эквивалентное напряжение в наиболее нагруженных участках детали при работе машины подчинялось неравенству:

в котором значения и находят из диаграммы, полученной путем механических испытаний образцов, изготовленных из того же материала, что и рассчитываемая деталь (см. рис. 1).

Выполнение для всех деталей машин условия (1.5) гарантирует надежную, без заклиниваний и поломок, работу машины.

Характерное, принципиальное отличие деформации образца в зоне 2 состоит в том, что после прекращения нагрузки (растягивающей или сжимающей) образец не возвращается к первоначальному размеру. Например, если нагружение образца шло по линии о - а - b, то разгрузка его из точки b произойдет по прямой bc, параллельной оа, и при его длина не будет прежней: сохранится остаточная деформация(отрезок ос на оси).

При доведении нагрузки до точки d разгрузка произойдет по прямой de и сохранится остаточная деформация

Смысл и задача любого процесса ОМД как раз и заключаются в целенаправленном изменении первоначальных размеров заготовки, т.е. в получении остаточной деформации. Напряжение (см. рис. 1) - это такое напряжение, которое при увеличении деформации либо остается постоянным, либо увеличивается непропорционально значению относительной деформации.

Если испытания образца происходят при комнатной температуре, то

где исходный предел текучести (при условии, что образец не имел наклепа, вызванного предварительной деформацией).

Параметр используется для расчетов энергосиловых параметров процессов холодной пластической деформации. При горячей пластической деформации значение зависит не только от материала, но и от температуры и скорости деформации.

При увеличении нагрузки в пластической области сопротивление деформации увеличивается. Этот процесс называют наклепом металла (на рис. 1 значение

При механических испытаниях образцов из малопластичных (например, инструментальных) марок стали в холодном состоянии зависимость, может несколько отличаться от кривой, показанной на рис. 1: на ней может отсутствовать горизонтальный участок. Такая кривая представлена на рис. 2.

Учитывая это, в расчетах процессов холодной прокатки вместо понятия «предел текучести» используют понятие «условный предел текучести»

Условный предел текучести - это напряжение, после снятия которого в образце сохраняется остаточная деформация, равная 0,2 %.Если на оси абсцисс (см. рис. 2) отложить и из полученной точки провести прямую, параллельную первоначальной упругой, то ее пересечение с кривой и даст значение

При испытании образца, который не подвергался предварительному наклепу, полученное значение равно его исходной величине

Таким образом, испытуемый образец оказывается в состоянии пластичности тогда, когда линейное напряжениесоздаваемое внем внешними силами при известных условиях нагружения (относительной деформации температуре t, скорости деформации uстанет равным сопротивлению пластической деформации

Следовательно, условие пластичности для линейного напряженного состояния имеет вид

Рисунок 2. Диаграмма нагружения образца из малопластичной стали (в холодном состоянии)

Следует отметить, что влияние на сопротивление деформации относительной деформации и температуры противоположно. Если роствызывает увеличение из-за наклепа металла-искажения первоначальной формы зерен, то рост t в диапазоне температур горячей пластической деформации (1200-800 °С) вызывает уменьшение из-за тенденции к восстановлению первоначальной (близкой к шаровой) формы зерен - процесса, называемого рекристаллизацией. При горячей пластической обработке процессы наклепа и рекристаллизации идут одновременно; какой из них преобладает - зависит от конкретных значений степени деформации и температуры.

Если фактическое напряжението металл находится в упругом состоянии. Если то металл подвергается опасности разрушения. Смысл условия пластичности при объемном или плоском напряженном состоянии образца в реальном процессе ОМД заключается в том, что совокупность реальных напряжений в деформируемом теле под действием внешних сил сначала заменяют одним (эквивалентным) напряжением т.е. сводят реальное объемное (или плоское) напряженное состояние к аналогичному по степени загруженности линейному состоянию. Затем приравниваютк значениювзятому из механических испытаний образца, изготовленного из того же материала и подвергнутого той же относительной деформации при тех же условиях: температуре (t) скорости (u). То есть алгоритмически условие пластичности может быть представлено в виде ряда последовательных действий:

1. Переход от реального тензора напряжений, действующих на металл в процессе обработки давлением, к тензору, состоящему из главных нормальных напряжений:

2. Переход от главных нормальных напряжений к эквивалентному напряжению:

3. Составление условия пластичности, аналогичного выражению (1.9), в окончательном виде:

При использовании выражений (1.8) - (2.) в расчетах процессов ОМД конкретный вид зависимости (1.8) главных нормальных напряжений от всего комплекса действующих напряжений устанавливают из анализа особенностей приложения внешних сил со стороны инструмента на деформируемое тело. Переход (1.9) от главных напряжений к эквивалентному производят по готовым формулам, имеющимся в теории пластичности. Таким образом, в левую часть условия пластичности (2.) входит параметр  выраженный через главные напряжения, действующие в реальном процессе ОМД, а в правую часть - справочная величина полученная заранее при испытаниях образцов и не привязанная к конкретному процессу ОМД (главное, чтобы  относилась к тому же материалу и к тем же условиям - температуре, степени и скорости деформации).

В теории ОМД известно несколько вариантов условия пластичности, конкретизирующих и объединяющих выражения (1.9), (2.):

а) приближенная формула, известная как условие пластичности Сен-Венана:

Это условие может давать погрешность до 16 %, так как оно не учитывает влияние среднего главного нормального напряжения;

б) более точная формула, учитывающая влияние среднего главного нормального напряжения:

Коэффициент называется коэффициентом Лоде, диапазон его значений: Если среднее главное напряжение равно одному из двух других Если

Именно такое значение (3 чаще всего используют в расчетах процессов ОМД, при которых схема деформации плоская (например, при прокатке тонкой широкой полосы, если отсутствует уширение).

При холодной пластической деформации в уравнения (2.1), (2.2) вместо  подставляют . Более сложные выражения условий пластичности (для объемных схем деформации) приведены в литературе [17-22]. В практических инженерных расчетах их используют крайне редко.

Список литературы:

1. Абдуллаев Ф.С. “Основы теории обработки металлов давлением” учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений Ташкент 2000г
2. Н.А.Махмудова “Металларга босим билан ишлов бериш асослари” укув кулланма Тошкент-2020г.