(0 Голосов)

 

Холодное формование металла

Холодное формование – это технология пластического формования металлов при температурах ниже температуры рекристаллизации. Происходящее при этом холодное упрочнение, или наклёп, способствует непрерывному нарастанию прочности металла.

Чтобы, при необходимости, избежать эффекта увеличения прочности в результате холодного формования, требуется последующая термообработка заготовки для устранения достигнутого упрочнения металла.

Холодное формование применяется преимущественно в тех случаях, когда желательно добиться узких полей допусков на размер и хороших свойств поверхности заготовки.

В отличие от холодной обработки нелистового материала давлением (холодной объёмной штамповки или холодной высадки) холодное формование выполняется не только при комнатной температуре. И наоборот, не всякие операции формовки, выполняемые при комнатной температуре, имеют отношение к холодному формованию.

Важной особенностью холодного формования является отсутствие превышения температуры рекристаллизации, составляющей для чистых металлов 40 %, а для сплавов около 60 % от абсолютной температуры плавления.

Сравнение свойств холодного и горячего формования

Холодное формование:

– рабочая температура ниже температуры рекристаллизации;

– возможность выдерживания узких полей допусков на размер;

– отсутствие образования окалины на поверхности заготовок;

– холодное упрочнение (увеличение прочности и уменьшение тягучести металла, то есть его относительного удлинения при разрыве);

– тягучие материалы хорошо поддаются холодному формованию, например, методом глубокой вытяжки, гибки или протяжки.

Горячее формование:

– рабочая температура выше температуры рекристаллизации;

– высокая формуемость материалов;

– низкие усилия формовки;

– малое изменение прочности формованного материала и его относительного удлинения при разрыве.

Холодное упрочнение

В связи с увеличением так называемой плотности дислокаций (максимум до 1012m−2), что обусловлено пластической деформацией, возрастает вероятность того, что смещения (дислокации) материала будут препятствовать друг другу. Поэтому для дальнейшего формования необходимо большее механическое напряжение, что проявляется в увеличении предела текучести и прочности металла. Такое явление иначе называется холодным упрочнением.

Этот эффект можно использовать для увеличения прочности материала путём незначительного предварительного формования, например, методом вальцовки или протяжки.

Испытание на разрыв

Холодное упрочнение обеспечивает подъём кривой текучести металла в области пластических деформаций.

В случае снятия нагрузки после пластической деформации график зависимости напряжения и деформации при растяжении проходит параллельно прямолинейному участку упругой деформации.

При повторной нагрузке предел текучести συ увеличивается на:

где

kυ – предэкспоненциальный коэффициент деформационного упрочнения (как правило, kυ ≈ 0,1 ... 0,2;

M – фактор Тейлора;

G – модуль сдвига;

ρ – плотность дислокаций.

При вышеупомянутой повторной нагрузке график зависимости напряжения и деформации при растяжении в идеальном случае проходит вдоль той же прямой, что и при предшествовавшем этому снятии нагрузки. При этом соответствующим образом сокращается величина растяжения до образования относительного сужения (шейки) или до разрыва образца, то есть в результате холодного упрочнения материала значительно снижается его тягучесть. Поэтому холодное упрочнение приемлемо лишь для тех металлов, которые уже обладают высокой начальной тягучестью.

Выводы

Сдвиги (дислокации), возникающие в процессе холодного формования (холодной прокатки, гибки, оттяжки на клин или дробеструйной обработки), и внутренние напряжения вызывают не только увеличение твёрдости и предела текучести металлов, но и изменение их электрических и магнитных свойств: снижение электропроводности и начальной магнитной проницаемости, а также возможное намагничивание (в случае со сталью). Именно по этой причине в результате перегрузки могут самопроизвольно намагничиваться различные режущие инструменты (например, спиральные свёрла).

Эффект холодного упрочнения (в результате отбивки, или оттяжки на клин) часто бывает желателен, так как увеличивает стойкость режущего инструмента, например, косы.

Напряжения сжатия, возникающие в поверхностях заготовок при дробеструйной обработке, обеспечивают высокую твёрдость и увеличивают усталостную прочность изделий, так как напряжения растяжения смещаются под поверхность материала и поэтому не могут вызвать образование трещин.

Эффект холодного упрочнения особенно сильно проявляется на меди. К примеру, медные трубы и проволока производятся в твёрдом, полутвёрдом и мягком исполнениях.

При этом твёрдая медная проволока подвергается многоступенчатому холодному волочению и последующему холодному упрочнению. После этого она сразу поставляется заказчику или подвергается дальнейшей механической обработке, чаще всего в отожжённом состоянии.

Что касается твёрдых медных труб, то при монтаже они могут быть размягчены в месте сгиба путём локального нагрева с помощью газопламенной горелки, причём при последующей гибке происходит обратное самоупрочнение загибаемого участка трубы.

Обновлено (10.01.2017 11:01)