Сравнительная характеристика различных методов литья

Точность обработки и параметры шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработки резанием.

Обработка металлов давлением (ОМД)

Физическая основа: ОМД – процесс получения заготовок или деталей силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из пластичного материала. Основным содержанием всех способов обработки давлением является процесс деформирования материала заготовки. Различают 3 вида деформации:

1. Стадия упругой деформации, при которой под действием внешних сил происходит смещение атомов металла на величину меньшую, чем величина межатомного расстояния. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходные положения.

2. Стадия пластической деформации. При продолжении действия внешних сил, атомы смещаются на довольно большие расстояния, большие, чем межатомные. После снятия нагрузки они не возвращаются в исходные положения, оставаясь в новых положениях устойчивого равновесия. Сумма таких смещений, создаёт пластическую деформацию, то есть остаточные изменения формы и размеров твёрдого тела после снятия внешних сил.

3. Деформация разрушения. Характеризуется нарушением сплошности и целостности материала. Деформации разрушения всегда предшествует упругая и пластическая деформация.

Изменение формы материала измеряется степенью его деформации, относительным удлинением и относительным сужением. Чем выше допускаемая степень деформации для данного материала, тем он пластичнее, тем он более пригоден для ОМД.

Силы взаимосвязи атомов всегда препятствуют силам нагрузки, иными словами, тело оказывает сопротивление деформированию, в результате в нём возникают внутренние напряжения, которые и вызывают пластическую деформацию.

Сопротивление деформированию и пластичность определяют деформационные свойства материала и зависят от его химического состава, температуры и скорости деформирования, а также схемы нагружения. Так, с увеличением содержания углерода и легированных элементов в стали, понижается её пластичность, а сопротивление деформированию увеличивается. Повышение температуры приводит к росту пластичных и понижению деформационных качеств материала. Это свойство часто используется на практике, и заготовки перед ОМД иногда нагревают. Возрастание скорости деформирования снижает пластичность и повышает сопротивляемость деформированию. При очень больших скоростях деформирования (деформация взрыва) для многих металлов большая степень деформации, при которой не происходит разрушения (разрыва) материала.

Схема нагружения определяется векторами действующих усилий, что приводит к направлению действующих в теле в теле напряжений.

Пластичность в широком понимании следует рассматривать не как неизменное свойство материала, а как его состояние, зависящее от условий обработки. Холодное пластическое деформирование достигается за счёт изменения формы и размеров зёрен металла (внутрикристаллическая деформация) и их относительного перемещения (межкристаллическая деформация). В процессе деформации зёрна дробятся и вытягиваются в направлении пластического деформирования материала, создавая полосчатую микроструктуру. Вместе с зёрнами вытягиваются также микровключения, расположенные между ними, образуя волокнистую структуру. Искажение кристаллической решётки приводит к возникновению напряжений в металле. Возникающее в результате изменение физико-механических свойств (после деформирования) называется упрочнением или наклёпом. Так, при наклёпе повышается прочность и твёрдость примерно в полтора-два раза, но пластичность уменьшается. Следует отметить, что кроме этого изменяется электропроводность материала, магнитная проницаемость и т.п.

При нагреве холодно деформированного материала, в нём происходит разупрочнение. Этот процесс называется возвратом или рекристаллизацией. Рекристаллизация, то есть восстановление свойств металла происходит при температуре t_р>0,3t_пл. Увеличение температуры приводит к увеличению амплитуды тепловых колебаний атомов искажённой решётки, что позволяет им вернуться в первоначальное положение устойчивого равновесия и остаточные напряжения снимаются. В результате, несколько увеличивается пластичность, но волокнистая и полосчатая структура не меняется. Полная рекристаллизация происходит при нагреве t_р»0,4t_пл. При этом подвижность атомов металла достаточна для их перегруппировки, приводящей к возникновению и росту новых равноосных зёрен с неискажённой кристаллической решёткой. Наклёп полностью снимается, полосчатая структура превращается в равноосную, а волокнистая структура сохраняется, так как вытянутые неметаллические включения рекристаллизации не подвергаются.

Все способы обработки давлением, проходящие при температуре ниже температуры рекристаллизации, называются холодной обработкой, способы же обработки, проходящие при температуре выше температуры рекристаллизации - горячей обработкой.