Учебник - Технология и автоматизация листовой штамповки (1246233), страница 4
Текст из файла (страница 4)
': Характер и степень влияния этих факторов весьма сложен. Влияние химического состава. Рассмотрим для примера характер 'йв««я««ия отдельных элементов в стали на ее штампуемость. Д««я углеродистых сталей с уменьшением содержания углерода йачмнуемость улучшается, и для изготовле формы желательно применять низкоуглеродистые сгалн, содержащие 0,08-0,1 сб углерода (сталь 08; сталь 10).
На штампуемосгь также влияет способ выплавки и раскисления сталей. У кипящих сталей штампуемость выше. Содержание марганца в феррите (твердом растворе) небольшое, и упрочняющее его влияние ощутимо проявляется при содержании свыше 0,6 '.4. Марганец в стали остается в результате ее раскисления, кроме того, он предупреждает образование вредного неметаллического вюпочения ГеЯ, для чего нужно, чтобы содержание марганца было в пять раз больше содержания серы. Крупные включения Геб ухудшают штампуемость стали. В сталях, предназначенных для штамповки деталей сложной конфигурации, рекомендуют содержание марганца ограничивать 0,3-0,35 88 для кипящей стали и 0,46 58 для спокойной стали.
Кремний находится в твердом растворе и способствует снижению штампуемости, вследствие чего для глубокой вытяжки не рекомендуется применять стали, раскисленные ферросилицием. В сталях, предназначенных для штамповки сложных деталей, ограничивают содержание кремния; для кипящей стали допускают следы кремния, а для спокойной, раскисленной алюминием стали содержание кремния не должно превышать 0,04-0,05 %. Фосфор является вредной примесью, способствующей снижению штампуемости и повышению прочностных характеристик. В сталях для холодной штамповки рекомендуется не допускать содержание фосфора более чем 0,05 5', причем снижение содержания фосфора способствует улучшению штампуемости.
Сера также является вредной примесью, которая в соединении с марганцем образует неметаллические включения, снижающие штампуемость и способствующие расслоениям металла при штамповке, Легирующие примеси — никель и хром — растворимы в феррите, повышают прочностные характеристики металла, однако характеристики пластичности при этом не только не уменьшаются, но даже возрастают. Приведенный характер влияния отдельных элементов на штампуемость является приближенным и свидетельствует лишь о том, что химический состав металла может существенно сказываться на поведении металла при штамповке. Некоторые дополнительные сведения о характере и степени влияния примесей на способность к деформированию различных металлов и сплавов приведены в работе (201 и др, Влияние тяпа кристаллической решетки.
Каждый тнп кристаллической решетки характеризуется определенным количеством возможных плоскостей скольжения (обычно плоскости с наиболее плотным расположением атомов). В поликристалле межкристаллитная деформация обычно способствует зарождению трещин, что приводит к уменьшению пластичности и штампуемости. Это объясняется тем, по межзереиные прослойки обычно обогащены примесями и, следовательно, в условиях холодной деформации менее пластичны, чем сами зерна. Кроме того, неправильность формы зерен приводит х тому, что при их относительном смещении могут возникнуть локальные нарушения сплошности. В силу того, что ориентировка плоскостей скольжения не одинакова в различных зернах, межкристаллнтная деформация будет тем большей, чем меньше возможных плоскостей скольжения в данной кристаллической решетке.
Известно, что в кубических решетках имеется 12 возможных систем скольжения. В гексагопальной решетке имеется одна плоскость скольжения (плоскость базиса), и в ней три направления — всего три системы скольжения. Этим объясняется то, что полихристаллы с гексагональной решеткой имеют меньшую пластичность по сравнению с металлами, имеющими кубическую решепсу Магний, цинк, кобальт, а-титан, имеющие гсксагональиую решетку, в обычных условиях холодной штамповки обладают низкой штампуемостью. Заметим, однако, что количество возможных плоскостей скольжеяия существенно зависит от температуры. Так, например, нагрев магниевых сплавов до температур порядка 350 'С резко увеличивает количество возможных плоскостей скольжения и пластичность их существенно возрастает.
Влияние размера зерна, его однородности, формы в строения. В поликристаллическом металле отдельные смежные зерна будут скользить по разным плоскостям, что неизбежно вызовет межкристаллич ескую деформацию. С увеличением размеров зерен неравномерность деформаций смежлых зерен увеличивает межкристаллическую деформацию, что может привести к разрушению заготовки.
Отсюда следует, что улучшению оп ампуемости должно способствовать уменьшение размеров зерен. Размеры зерен оцениваются в баллах: л .— 8. 2к. (1.14) Здесь  — номер балла в целых числах; л — число зерен в 1 мм'. Из соотношения (1.14) видно, что номер балла тем выше, чем мельче зерна. Заметим, что излишне большие размеры зерен могут влиять не голько на штампуемость, но и на качество поверхности, приводя к увеличению шероховатости ("апельсиновая корка") за счет неравно- 19 мерного выдавлизания зерен в поверхностных слоях при их деформировании по разным плоскостям скольжения. Для штамповки рекомендуется иметь зерна, соответствующие баллам от б до 8 (средние размеры зерен 0,05...0,03 мм), меныпее число баллов мозхет быть допущено при увеличении толщины листового металла.
Меж яристаллвтная деформация существенно возрастает из-за неравномерности размеров зерен (" пестрое зерно"). При этом неравномерность деформации отдельных зерен определяется не толысо различной ориентировкой плоскостей скольжеыия, но и разным сопротивлением зерен деформации благодаря разному соотношению между объемами зерен и межхристаллическнми прослойками.
размеры зерен и степень неоднородности нх размеров могут определяться не толысо процессом изготовления листового металла (прокатка и отжиги), но также и условиями межоперационных отжигав в технологическом процессе штамповки деталей. Особенно опасны критические степени деформации, которые при отжиге могут привести к резкому увеличению размеров зерен. В тех случаях (например, при вытяжке), когда критических степеней деформации избежать не удается, следует выбирать такие температуры отжига (по кривым рекристаллиэации), при которых рост зерен в области критических степеней деформации будет незначительным, т.е.
не приводящим к существенному ухудшению штампуемости. Кроме размеров зерен, на штампуемость может влиять и форма зерен. В качестве отделочной обработки, придающей листовому металлу необходимую гладкость поверхности, обычно применяют холодную прокатку, которая сопровождается упрочнением. При холодной прокатке наблюдается вытягивание зерен в направлении наибольшего удлинения и степень вытянутости зерен характеризует степень холодной деформации при прокатке.
Известно, что упрочнение приводит к уменьшению пластичности и, следовательно, целесообразно ограничить степень деформации при заключительной холодной прокатке. Считается, что в металле, идущем на штамповку, соотношение между средними наиболыпимн и средними наименьшими размерами зерен не должно превышать 1,4. Кроме размера н Формы зерен,на штампуемость влияет строение зерен. Известно, что углерод содержится в стали в виде цементнта Ре,С, который является весьма твердой и хрупкой составляющей, способной в процессе пластического деформироваыия образовать зародыши трещин, которые, развиваясь в процессе деформирования, приводат к разрушению заготовки.
Этим, в частности, объясняется и то, что способность деформироваться в условиях холодной деформации без разрушения снижается с увеличением содержания углерода в стали. Поэтому наличие струхтурно-свободного цеменгита в стали для холодной штамповки крайне нежелательно. В углеродистых сталях для холодной штампоюси предпочтительяо присутствие углерода в виде зернистого или пластинчатого перлита, окруженыого зернами феррнта. В этом случае форма цементитыых включений такова, что она в меньшей степени способствует зарождению трещин в процессе деформирования. Подобные зависимости устанавливаются и для других металлов и сплавов, что позволяет формулировать требования к химическому составу и строению металла, предназначенного для холодной штамповки. Отметим еще одно обстоятельство, связанное с размером и формой зерен.
Ках указано ранее, пластическая деформация полихристалла складывается из внугрикристаллвтной и межхрнсталлвтной деформации. Упорядоченное внутреннее строение зерен приводит к тому, что влутрнкрнсталлитная деформация осуществляется движением днслохааый, а сопротивление деформированию в условиях холодной деформации зависит от препятствий на пути движения дислокаций, колычество которьпс возрастает с увеличением деформации. Этим объясняется деформационное упрочнение металла, при котором напряжение текучести возрастает по мере роста величины пластической деформации и в малой степени зависит от скорости деформации.
Межкристаллитные прослойки имеют неупорядоченное строение, близкое к аморфному, в котором дислокации отсутствуют и деформация осуществляется подобно течению вязкой жидкости, т.е. зерна как Г>ы смещаются в слоях вязкой жидкости, не деформируясь пластически. В этом случае деформационное упрочнение отсутствует, а сопросивление деформированию в основном зависит от скорости деформации (скоростное упрочнение). Таким образом, если пластическая деформация осуществляется в основном путем внутрикристаллитной деформация (внутризеренной), металл испытывает деформационное упрочнение. Ясли же пластическая деформация осуществляется путем межкристаллвтной деформации, а выутризеренная деформация отсутствует, то металл испьпываст в основном скоростное упрочнсние, а деформационное упрочнение отсутствует.
Соотношение между внугрихристаллигной и межкристаллигной деформациями зависит от размера зерен и при очень мелких зернах 11..2 мкм) доля межкристаллитной деформации может быть преобладающей в общей пластической деформации. Доля межкристаллитной 20 21 деформации возрастает также с увеличением температуры, при которой увеличивается подвижность атомов, что облегчает бездислокационное течение межзеренных прослоек. В этом случае металл деформируется без деформационного упрочнения, а сопротивление деформированию и степень деформации до разрушения главным образом зависят от скорости. Именно в этих условиях металл может быть переведен в состояние сверхпластичности, при котором наблюдается резкое увеличение равномерной деформации при определенных ее скоростях с одновременным существенным уменьшением сопротивления деформированню.
Влияние полосчатоств макрострухтуры. При кристаллизации слитка нз расплава образующиеся крупные христаллаты охазываются окруженными прослойхами, содержащими неметаллические включения, имеющими обычно более низкую температуру плавления. При прокатке эти прослойки вытягиваются в направлении наибольшего удлинения и в листовом материале образуют пряди, параллельные плоскости листа. Так ках при прокатке листового материала уширение незначительно, то при постоянном направлении прокатки неметаллические включения имеют форму прядеи, вытянутых в направлении прокатки, образуя полосчатость макроструктуры. Лолосчатость макроструктуры приводит к возникновению определенной анизотропни (вскториальпости) механических свойств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
