Основные направления и задачи теории ОМД

Теория ОМД – прикладная инженерная наука о пластической деформации металлов, которая развивается по трем основным направлениям:

-физическому– изучаются атомные механизмы пластической деформации на основе дислокационной теории; вопросы упрочнения и разупрочнения, вызванные изменениями степени, температуры и скорости деформации или схемы напряженного состояния;

-физико-химическому– изучается влияние химического и фазового (структурного) состава на прочностные и пластические показатели пластической деформации;

-механико-математическому – изучаются зависимости сопротивления деформации от температуры, степени и скорости деформации и пластичности, от показателя схемы напряженного состояния.

Практическое применение теории ОМД заключается в решении следую­щих задач:

-определение схем деформирования, при которых обеспечивается наилучшее формоизменение металла, с целью установления оптимальных режимов обработки;

-изучение влияния ОМД на механические и физические свойства металлов в целях получения изделий с оптимальными эксплуатационными характеристиками;

-определение требуемых величин усилия и работы для осуществления технологических операций обработки металлов давлением, необходимых для выбора оборудования и расчета на прочность инструмента.

Пластичность

Пластичность – способность деформироваться без разрушения, зависит от структурного состояния металла, температуры, степени, скорости деформации и напряженного состояния в очаге деформации.

Наибольшую пластичность проявляют чистые металлы. Примеси, как правило, значительно снижают пластичность и повышают хрупкость. Например, в сталях такими примесями в первую очередь являются сера и фосфор.

Основное влияние на пластичность металла оказывает схема напряженного состояния: чем больше доля сжимающих напряжений, тем выше пластичность.

В качестве оценки пластичности обычно принимают относительное удлинение (δ) и относительное сужение площади поперечного сечения (Y) образца при разрыве, относительную предельную деформацию до появления первой трещины ( _ПРЕД), ударную вязкость (KCU) и др.

Влияние структуры металла на пластичность имеет большое значение для обработки металлов давлением. Неблагоприятная ориентировка плоскостей сдвига, неравномерность свойств зерен, появление выделений второй фазы снижают пластичность и повышают склонность к образованию микротрещин в деформируемом металле.

Показатели деформации

Определение степеней деформации металлов при механических испытаниях или изготовлении деталей методом пластической обработки производят по известным значениям исходных, текущих и конечных размеров образца или заготовки.

Например, при прокатке металл деформируется между вращающимися валками. При этом размеры заготовки по длине и ширине увеличиваются за счет уменьшения ее высоты (рис. 1).

Н_О L_ОL₁L₂

Н₁Н₂

В_О В₁В₂

А б в

Рис. 1. Изменение формы и размеров заготовки при прокатке:

а – исходная; б – после 1-й прокатки; в – после 2-й прокатки

Различают абсолютную, относительную и истинную деформации.

Абсолютная деформация – это разность размеров до и после деформации, например:

ΔН = Н_О – Н; ΔВ = В – В_О; ΔL = L – L_О,

где ΔН,ΔВ, ΔL – абсолютные деформации по высоте, ширине и длине;

Н_О, В_О, L_О и Н, В, L – размеры заготовки до и после деформации по высоте, ширине и длине соответственно.

Относительная деформация – это отношение абсолютной деформации к исходному размеру заготовки, например, при осадке она определяется по формулам:

-по высоте

-по ширине

Истинная деформация – это логарифмическая деформация, равная натуральному логарифму отношения размеров до и после деформации. Например, при осадке по высоте истинная деформация будет равна:

-приращение истинной деформации составляет

d i= dH/H;

-общая истинная деформация равна интегралу:

i_H = .

Истинное сужение _Y:

_Y ,

где Y– относительное сужение, равное

100%,

где F_O и F_К – площади поперечного сечения образца до и после деформации соответственно.

Эквивалентная деформацияпредставляет собой результирующую скалярную деформацию, показывающую степень изменения формы заготовки:

i_L

где ₁, ₂, ₃ – главные истинные деформации.

Коэффициент уковаК_У – отношение площадей поперечного сечения заготовки до (F_О) и после (F) деформации:

К_У = F_O/F.

Коэффициент укова, как правило, учитывают при деформации литого металла (слитков, непрерывно литых заготовок) и не принимают во внимание при деформации предварительно деформированного металла (прокаткой, свободной ковкой).

Показатели деформации могут иметь положительные и отрицательные знаки. Обычно их рассчитывают как величины положительные.