Структура деформированного металла

3.1.Структура деформированного металла. Элементы структуры, обуславливающие волокнистое строение, анизотропия механических свойств и учет их при разработке конструкций.

Исходной заготовкой для начальных процессов обработки металлов давле­нием (прокатки, прессования) является слиток. Кристаллическое строение слитка неоднородно (кристаллиты различ­ных размеров и форм). Кроме того, в нем имеются пористость, газовые пузыри и т. п. Обработка давлением слитка при нагреве его до достаточно высоких температур приводит к дефор­мации кристаллитов и частичной завар­ке пор и раковин. Таким образом, при обработке давлением слитка может уве­личиться и плотность металла.

В результате деформации кристал­литов и последующей рекристаллиза­ции металл получает мелкозернистое строение, т. е. размеры зерен после рекристаллизации исчисляются в сотых или десятых долях миллиметра, причем эти размеры примерно одинаковы по всем направлениям (равноосная струк­тура).

Если слиток загрязнен неметалличес­кими включениями, обычно располага­ющимися по границам кристаллитов, то в результате обработки давлением неметаллические включения вытягива­ются в виде волокон по направлению "наиболее интенсивного течения метал­ла. Эти волокна выявляются травле­нием и видны невооруженным глазом в форме так называемой волокнистой макроструктуры (рис. 3.2, а). Получен­ная в результате обработки давлением литого металла волокнистая макрост­руктура не может быть разрушена ни термической обработкой, ни последу­ющей обработкой давлением. Послед­няя в зависимости от направления пластического течения металла может изменить лишь направление и форму волокон макроструктуры.

Металл с явно выраженной волок­нистой макроструктурой характеризу­ется анизотропией (векториальностью) механических свойств. При этом по­казатели прочности (предел текучести, временное сопротивление и др.) в раз­ных направлениях отличаются незна­чительно, а показатели пластично(относительное удлинение, ударная вяз­кость и др.) вдоль волокон выше, чем поперек их.

Так как направление волокон зависит от направления течения металла при деформировании заготовки, в готовой детали желательно предусмотреть бла­гоприятное с точки зрения ее эксплуатации расположение волокон. При этом общие рекомендации следующие :необходимо, чтобы наибольшие растягивающие напряжения, возникающие в деталях в процессе работы, были направлены вдоль волокон, а если какой-либо элемент этой детали работает на срез,  то желательно, чтобы перерезывающие силы действовали по­перек волокон; необходимо, чтобы во­локна подходили к наружным поверх­ностям детали по касательной и не перерезались наружными поверхностя­ми детали.

Выполнение этих требований не толь­ко повышает надежность детали (в том числе и при динамическом нагружении), но и улучшает другие эксплуатацион­ные характеристики, например сопро­тивление истиранию.