Физико-металлургический факультет
Специальность: обработка металлов давлением
С процессами зарождения и развития микронесплошностей при пластической деформации одновременно происходят процессы залечивания дефектов интенсивность которых повышается с ростом гидростатического давления и температуры, а также при знакопеременном деформировании.
Энергетически неустойчивые микронесплошности, образующиеся в процессе ОМД могут быть залечены в ходе восстановительных отжигов, энергетически устойчивые – нет. Грамотное проектирование процесса деформации состоит в том, чтобы производить отжиги до того, как микронесплошности станут энергетически устойчивыми. Теория деформируемости металлов позволяет учесть этот факт.
В настоящее время наибольшее распространение получил подход, который опирается на постулат о существовании некоторого макрообъекта, называемого обычно поврежденностью, и являющегося количественной мерой микроразрушения материала при деформации. Которое, непосредственно предшествует макроразрушению.
Наибольшей популярностью среди специалистов по ОМД пользуются критерии, описывающие деформационное состояние металла, основанные на скалярной мере поврежденности. Мерой поврежденности в них является скалярная величина ε которая называется разрыхлением. Принято, что приращение разрыхления пропорционально приращению степени деформации сдвига dΛ:
dε=α×Λ (1)
где α - множитель пропорциональности, определяющий интенсивность накопления и развития микротрещин.
Предполагается, что образование макроскопической трещины происходит в момент достижения величиной разрыхления критического значения εкр. Степень деформации сдвига, которую претерпел некоторый объем металла к моменту достижения в нем предельного разрыхления, называют пластичностью и обозначают Λр Полагая, что при деформировании металла α=const, из (1) получают εкр= α Λр. Разделив уравнение (1) на последнее соотношение, получают:
dψ=dΛ÷Λр (2)
где dψ=dε÷εкр, а величина ψ называется степенью исчерпания ресурса пластичности.
Из (2) следует, что степень исчерпания ресурса пластичности вычисляется по формуле:
(3)
условие деформации без разрушения имеет вид:
<1, (4)
а условие разрушения
=1, (5)
где Hdt=dΛH- интенсивность скорости деформации сдвига.
Наиболее важным применением теории деформируемости в ОМД оценка поврежденности металла путем определения величины ψ. Это позволяет прогнозировать показатели качества заготовок и изделий, связанные с поврежденностью, грамотно назначать режимы восстановительных отжигов.
Имеется некоторое критическое значение ψ*, при превышении которого изменяется эффективность отжигов. При ψ<ψ* посредством отжига можно полностью залечить микронесплошности и восстановить неповрежденную структуру металла, при ψ>ψ* возможно лишь частичное устранение поврежденности. Характерный диапазон изменения ψ*=0,2÷0,4.
Для процесса волочения, в результате ряда преобразований, было получено следующее выражение для величины исчерпания ресурса пластичности при проходе через одну волоку:
(6)
Также возможно преобразовать полученную в ходе работы формулу для расчета исчерпания ресурса пластичности при многопроходном волочении.
С помощью данной формулы можно оценить величину разовых обжатий, после которых еще возможно восстановление поврежденной структуры металла путем отжига. То есть, появляется возможность назначать отжиги рационально.
С помощью данного метода, возможно прогнозировать исчерпание ресурса пластичности при волочении, и использовать достижения теории деформируемости на практике, для проектирования маршрутов волочения, обеспечивающих высокое качество проволоки по показателям пластичности.
В настоящее время уже закончены экспериментальные исследования, которые подтвердили полученные формулы. В процессе эксперимента производилось накопление деформации до ψ= 0,75 и при этом в структуре металла наблюдалось образование микропор и микротрещин при волочении стальной проволоки, и при этом уменьшение его плотности.