Файл: Чашников Д.И. Деформируемость судостроительных сталей при обработке давлением.pdf

73

По внутреннему состоянию металла различают два предельных 39, 58] вида сверхпластичности. Первый вид связан с наличием фазовых превращений и одновременно с неравновесной структурой 39]. Второй вид сверхпластичности обусловлен очень мелким зер­ ном (обычно менее 4 мкм) и стабильной структурой.

Зерно должно быть равноосным, причем скорость роста зерна в температурной области сверхпластичности должна быть меньше скорости деформации. К мелкому зерну предъявляются также тре­ бования достаточной прочности его связей, чтобы обеспечить про­ цесс скольжения по границам зерен. Отсюда вытекают два способа достижения состояния сверхпластичности: 1) деформирование ме­ талла с метастабильной структурой'в процессе протекания фазового превращения (сверхпластичность превращения) и 2) деформирова­ ние мелкозернистого металла (микрозеренная сверхпластичность).

Эксперименты показывают, что промышленное использование состояния сверхпластичности превращения маловероятно по чисто техническим причинам: трудно обеспечить поддержание с требуемой точностью циклического температурного режима и постоянства скорости деформации, соответствующих проявлению сверхпластич­ ности превращения. Для практического применения сверхпластич­ ности удобнее иметь дело с постоянной температурой деформации [66].

Наблюдаются и другие виды аномальных явлений текучести, которые связаны с обоими названными видами: например,' сверх­ пластичность во время рекристаллизации металлов, в процессе кристаллографических превращений кварца, различных окислов и карбидов, при деформации нестабилизированных аустенитных сталей марки 18-8. Каждому из указанных двух основных видов сверхпластичного состояния соответствуют специфические условия проведения процесса деформирования, выполнение которых в той или иной степени, совместно или раздельно, способствует переходу материала в состояние аномально высокой текучести. Главными из этих специфических условий в настоящее время считают следующие:

°К). Это условие обязательно для материалов, обладающих межзеренным видом сверхпластичности. Для металлов, обладающих сверхпластичностью превращения, возможно достижение сверх­ пластичного состояния при более низких температурах. Так, для железоникелевых сплавов обнаружено явление сверхпластичности при термоциклировании с постоянной нагрузкой в области аустенит­ но-мартенситного превращения при температуре более (0,1—0,3) Тпл.

2. Весьма низкие значения скорости деформирования и дефор­ мации. Так, например, при одноосном растяжении алюминиево­ медного сплава (33% меди) для достижения сверхпластичного тече­ ния, при прочих равных условиях, скорость деформации должна находиться в пределах1

1ДО- с-< к = -%■ = 4 = -f < 4.10- с-

73

рование) либо при циклически меняющейся нагрузке и постоянной температуре. Этот способ используется в основном только для ме­ таллов, имеющих фазовое превращение и стабильную термодинами­ чески равновесную структуру. Сюда относятся также металлы с гек­ сагональной решеткой и анизотропным коэффициентом линейного расширения. В работе Г. А. Малыгина и В. А. Лихачева указывается

на свойство металлов с некубиче­

структуры, температуры деформи­ рования и скорости деформации. Зависимость напряжения течения crs

от скорости деформации е обычно для обоих видов сверхпластичности записывается так:

as = К&т.

Показатель т называется коэффициентом чувствительности к ско­ рости деформирования [58]. По мнению X. П. Штюве [69], вели­ чина т выражается через напряжение течения и скорость дефор­ мации

т = d log old log e.

Кривые, зависимости a = f (e) для различных размеров зерна имеют характер, представленный на рис. 19.

Уменьшение размера зерен приводит к смещению области сверх­ пластичности в сторону больших скоростей деформации. Если

построить зависимость т = f (е), то из нее следует, что величины т, необходимые для наступления сверхпластичности, должны быть более 0,33—0,35. Величина т идеально вязкого тела равна единице, а обычного пластичного — менее 0,2; для сверхпластичного состоя­ ния теоретически т — 0,5-ъ0,8, на практике сверхпластичности наблюдается при т > 0,3,

74

Указанная градация состояния материала по значению вели­ чины т вытекает из основных положений механики устойчивой деформации, которые подробно изложены в работе [67] и в кон­ спективном виде приводятся ниже.

Равномерная деформация при растяжении сохраняется до мо­ мента, пока течение устойчиво. Граница потери устойчивости тече­ ния есть начало возникновения шейки (геометрическая неустой­ чивость). Возникновение шейки прямо не зависит от температуры, но факторы, контролирующие это явление, с ней тесно связаны.

Рис. 20. Зависимость показателя т в выражении а = ев'" от скорости деформации и величины зерна [67]: а — общий вид; б — сплав Sn—Pb.

/ — зерно размером 1 мк; 2 — зерно размером 4,5 мк.

ционному упрочнению. Соответствующая этому моменту степень максимальной деформации етах определяется из выражения а = = K 'EN и равна приблизительно 36% (так как показатель деформа­ ционного упрочнения N ^ 0,3). Следовательно, для сохранения устойчивой деформации при дальнейшем растяжении материал нужно отжечь, так как он не способен к деформационному упроч­ нению, — равномерно деформировать его нельзя.

При температуре, равной 0,5Т'ПЛ и более (что соответствует для большинства металлических материалов равновесию между упроч­ нением и разупрочнением), определяющим фактором становится скорость

а = К'BNè,m-

Принимая величину N постоянной, Россард теоретически пока­ зал, что если т ^ 0,5, течение устойчиво при испытаниях с постоян­ ной скоростью деформирования, а при т ^ 0,33 устойчивость может бытьдостигнута при испытаниях с постоянной скоростью деформа­ ции. Эти теоретические выводы нашли подтверждение на практике.

Из рис. 20 видно, что с увеличением размера зерен величина пг уменьшается, максимум кривой т = f (е) смещается в сторону низких скоростей деформации, а увеличение е = б находится в пря­ мой зависимости от показателя, т (рис. 21).

75