Влияние ОМД на структуру и свойства металлов
Заготовками при ОМД часто являются слитки. Структура слитков неоднородна. Основу ее составляют зерна первичной кристаллизации (дендриты) различной величины и формы, на границах которых скапливаются примеси и неметаллические включения. В структуре слитка имеются также поры, газовые пузыри. При ОМД при высоких температурах происходит дробление зерен, а также частичное заваривание пор. Зерна и межкристаллические прослойки вытягиваются в направлении наибольшей деформации. В результате структура металла приобретает полосчатое (волокнистое) строение. Вследствие протекания диффузионных процессов происходит некоторое выравнивание химического состава. То есть при ОМД структура слитка улучшается.
При последующей термообработке волокнистое строение изменить невозможно. Волокнистость оказывает влияние на механические характеристики, вызывая их анизотропию. При сравнительно неизменных во всех направлениях характеристиках прочности характеристики пластичности (особенно ударная вязкость) металла вдоль волокон получаются выше, чем поперек волокон. В поперечном направлении ударная вязкость на 50–70% оказывается ниже, чем вдоль волокон.
Анизотропию свойств деформированного металла следует учитывать при проектировании и изготовлении деталей. Надо стремиться получить в них такое расположение волокон, чтобы наибольшие растягивающие напряжения действовали вдоль волокон, а если элемент работает на срез , то перерезывающие усилия – поперек волокон, и чтобы волокна у поверхности детали повторяли ее очертания и не перерезались при обработке резанием. В этом случае повышаются прочность и другие служебные свойства деталей.
На рисунке представлен коленчатый вал, изготовленный резанием (а) и ковкой (б)
Прочность детали а) меньше прочности детали б).
При холодном деформировании металлов повышается плотность дефектов кристаллического строения и возрастает сопротивление их перемещению. С увеличением степени деформации пределы прочности, твердость увеличиваются, а пластичность и вязкость снижаются. Упрочнение металлов при пластической деформации называется наклепом. В результате упрочнения пластические свойства металла могут снизиться настолько, что дальнейшая деформация вызывает разрушение.
При нагреве наклепанного металла до температур, составляющих (0,2–0,3) Тпл (температуры возврата или отдыха), частично уменьшаются искажения кристаллической решетки и внутренние напряжения без существенного изменения микроструктуры и механических свойств деформированного металла.
При нагреве деформированных металлов выше температур 0,4 Тпл (для сплавов 0,6 Тпл) образуются новые равноосные зерна, и свойства металла возвращаются к исходным до деформации. Процесс образования новых центров кристаллизации и новых равноосных зерен в деформированном металле при нагреве, сопровождающийся уменьшением прочности, увеличением пластичности и восстановлением других свойств, называется рекристаллизацией.
