Технологические свойства металла.

При анализе материала заготовки необходимо рассматривать не только стандартные конструктивные свойства, такие как прочность, ударная вязкость, модуль упругости и т.д., но и технологические свойства – способность металла деформироваться (или «ковкость»).

Ковкость характеризуется пластичностью ε ( и ψ,%) и сопротивлением деформации (  и _в). В скобках даны стандартные характеристики относительно удлинения и сужения, пределы текучести и прочности, которые косвенно характеризует деформируемость. Истинными характеристиками деформируемости являются величины ε и :

 

                                          ;                                                 (6)

 

                                                    (7)

 

где   h ₀ – размеры образца в момент разрушения и исходный размер;

Р_тек, S _тек – текущие значения усилия деформации и площади поперечного сечения образца по нормали к усилию Р.

Деформируемость тем лучше, чем больше ε и меньше величина .

Характеристика ε важна для оценки величины максимальной деформации, а  – для оценки силы деформирования и подбора соответствующего оборудования по мощности и силе.

Величина ε зависит от химсостава, температуры (Т), скорости (V) и схемы напряженного состояния. Величина  зависит от степени, скорости и температуры деформации. С увеличением температуры значение  уменьшается, а ε – растет. С увеличением скорости значение  возрастает, а ε – уменьшается.  С  увеличением  степени деформации  возрастает при Т = 20° (явление упрочнения). При высоких температурах упрочнение отсутствует.

     В качестве примера в табл.2 приведена зависимость , ψ от температуры и скорости двух марок стали 40 и 40Х при динамической (молот) и статической (пресс) нагрузках.

Таблица 2

 

Значения ,ψ(Т, V) для двух марок сталей

 

Т, ˚С	Сталь 40			Сталь 40Х
	в, МПа	ψстат,%	ψдинам,%	в, МПа	ψстат,%	ψдинам,%
20	600	51	56	800	59	55
200	530	50	55	756	62	55,6
400	590	56	52	610	70	61,9
600	320	79	68	381	81	76,5
800	110	99	93	149	94,4	91,5
1000	51	100	97	59	99,7	96,8
1200	21	100	99	27	100	99,3

 

При одинаковом содержании углерода (С~0,4%) легированная сталь имеет более высокое значение _в. В том и другом случае с ростом Т уменьшается _в и возрастает ψ. С увеличением скорости (т.е. при динамической нагрузке) в области ковочных температур 800–1200 °C пластичность уменьшается. Это характерно для всех металлов без исключения. Отсюда следует важный вывод: если материал мало пластичен (например, магниевые или высоколегированные стали), то лучше его штамповать  не    на   молоте (V = 6-8 м/с),  а   на прессе     механическом (V = 0,3-0,4 м/с), а ещё лучше на гидравлическом (V <0,3 м/с).

В отношении схемы напряженного состояния кратко следует отметить, что значение ε будет большим, если на деформируемый элементарный объем действуют неравномерные нормальные напряжения сжатия , например .

    Напряжение растяжения, напротив, уменьшает величину ε.  Например, пластичность металла при выдавливании выше, чем при протяжке, а при прокатке пластичность выше, чем при волочении. При штамповке в закрытых штампах пластичность выше, чем в открытых. Отсюда следует важный вывод: если металл даже в нагретом состоянии малопластичный, то его лучше штамповать в закрытом штампе с невысокой скоростью деформации. В этом же отношении схема деформации для малопластичного   материала на рис.7, в  будет предпочтительней схемы на рис.7, г.

Сила деформации.

Для определения усилия оборудования и правильности его выбора по мощности необходимо определить усилие деформации. Для оценки силы деформации, которые действуют на ползун пресса, можно приблизительно использовать уравнение:

 

                                  Р =  (Т, V) S K;                                                  (8)

 

где  (Т, V) – напряжение течения, зависящее от температуры и скорости деформации;

S – площадь проекции поперечного сечения заготовки;

К – коэффициент, зависящий от формы очага деформации и коэффициента трения μ. Обычно в практике горячей объёмной штамповки μ = 0,5. Тогда при выдавливании (см. рис. 7, в):

 

                                       К = 2(ln + )                                    (9)

 

При осадке заготовок круглых в плане (рис.7, е):

 

                                        К=(1+ )                                                (10)

 

Усилие пресса выбирается по наибольшему усилию из рассматриваемых операций при штамповке в многоручьевом штампе.

Для оценки массы падающих частей молота простого действия М можно использовать приближенную зависимость между М_м и массой поковки М_п (табл. 3).

 

Таблица 3