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^oC), 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, ^оС; 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 (^oC), 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).