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

ряжении исследователей нет расчетных формул, которые позволяли бы определять пластичность материала в зависимости от его хими­ ческого состава и от концентрации каждого из составляющих сплав элементов.

В настоящее время установлено, что наибольшей пластичностью обладают чистые металлы и их твердые растворы, наименьшей — химические соединения [28]. Что касается хладноломкости, то она свойственна металлам и сплавам, имеющим гексагональную и куби­ ческую объемно-центрированную решетку, хотя и не без некоторых исключений [63].

Многочисленные исследования, проведенные советскими и зару­ бежными учеными, свидетельствуют о вредном влиянии примесей, образующих в решетке атомы внедрения. Вследствие своей ничтож­ ной растворимости примеси внедрения (окислы, карбиды, нитриды и др.) присутствуют в твердом металле в виде пограничных мало­ пластичных фаз и резко снижают пластичность при средних и низких температурах. Примеси внедрения, находящиеся в твердом растворе, также снижают пластичность, что особенно ярко проявляется в туго­ плавких металлах. Большое значение имела разработка экспери­ ментального «ряда охрупчивания» для тугоплавких металлов. Для металлов разных групп ряды охрупчивания различны.

Следует отметить, что хладноломкость, вызываемая в основном примесями внедрения, имеет наибольшее значение для процессов холодной деформации.

Примеси вообще оказывают значительное влияние на пласти­ ческие свойства металла. Сточки зрения влияния на пластичность, существует деление примесей на две группы: вредные примеси, снижающие пластичность, и полезные технологические добавки, способствующие повышению пластичности. Нерастворимые примеси, располагаясь в полосах скольжения, как бы заклинивают их, снижая пластичность кристалла. Даже десятитысячные' доли легко­ плавких примесей сильно влияют на технологические свойства металла при высоких температурах, в первую очередь снижая его пластичность. Удалив из металла или сплава вредные примеси, можно существенно повысить пластичность. Загрязнение металла или сплава вредными примесями может сделать его практически непригодным

кобработке давлением.

Вмонографии [13] приводится ряд характерных примеров вредно­ го влияния сурьмы, висмута, фосфора, мышьяка и свинца на пластич­ ность медных сплавов (латунь, бронза, мельхиор), а также влияние серы, фосфора, и вредных газов на пластичность никеля и железа. Так, технологическую деформируемость стали ЭИ602 резко снижают примеси цветных металлов. Известно, что вредное влияние серы, проявляющееся в возникновении красноломкости, уменьшает до­ бавка марганца в сталь. Пластичность хромоникелевого сплава ЭИ437Б можно значительно увеличить путем уменьшения содержа­ ния вредных примесей, в первую очередь свинца.

Вбольшинстве случаев освобождение от ненужных примесей приводит к резкому -повышению деформируемости. При разработке

8

теории деформирования малопластичных сплавов следует обращать особое внимание на вопросы рафинирования исходных материалов. К полезным примесям, с точки зрения повышения пластичности металлов и сплавов, относятся широко применяемые присадки редко­ земельных элементов (церий, лантан и др.), а также металлы, исполь­ зуемые в качестве раскислителей и различного рода модификаторов. Эти вопросы подробно освещены в технической литературе и не тре­ буют дополнительного обсуждения.

Несмотря на значительную роль примесей решающее влияние на природную пластичность оказывают легирующие элементы, кото­ рые в различных сочетаниях с основным элементом сплава могут менять его свойства в широких пределах. В современных широко применяемых сталях и сплавах содержатся такие основные легирую­ щие элементы, как хром, никель, молибден, вольфрам. Большинство указанных элементов относится к числу полухрупких и труднодеформируемых. Повышение чистоты легирующих добавок способ­ ствует увеличению деформируемости как самих металлов, так и спла­ вов, содержащих их. Например, химически чистые хром, вольфрам и молибден можно свободно подвергать ковке и прокатке.

Выбирая химический состав сплава, подлежащего деформирова­ нию, следует предусматривать не только получение заданных физико­ механических свойств, но и деформируемость, учитывая фазовое состояние материала в температурном интервале обработки. С этой точки зрения необходимо ориентироваться на однофазные системы. Более подробно влияние фазового состава на пластическое поведение металлов будет рассмотрено ниже.

В настоящее время установлено качественное влияние ряда элементов на деформируемость легированныхсталей. Повышению пластичности металла в холодном состоянии содействуют такие элементы, как никель, вольфрам и кобальт; ванадий и молибден способствуют измельчению зерна и тем самым повышают пластичность стали при комнатной температуре. В общем случае увеличение содержания углерода и легирующих элементов снижает пластич­ ность стали при холодной деформации. Содержание 1,6% углерода является верхним пределом холодной деформируемости стали при любом процессе обработки. Наличие в стали уже 0,5—1,5% кремния также снижает ее пластичность.

Влияние' содержания алюминия на пластичность железоалю­ миниевых сплавов можно проиллюстрировать данными работы [47], представленными на рис. 1.

При горячей деформации химический состав играет значитель­ ную роль. С увеличением соотношения Сг/Ѵ с 1,6 до 1,8% резко снижается пластичность нержавеющей стали (критическое обжатие) при прошивке: брак по пленам на внутренней поверхности труб увеличивается почти в два раза. При соотношении в указанных сталях содержания Ті/С = 5,3-f-6,5 количество брака по тем же де­ фектам при прочих равных условиях минимально.

Материалы, обладающие высокой деформируемостью в холрдном состоянии, как правило, отличаются высокой пластичностью и в интер-

9

вале температур горячей деформации. Стали малоуглеродистые, а также легированные никелем и марганцем имеют большую способ­ ность к деформации, чем высоколегированные хромоникелевые, высокоуглеродистые инструментальные и быстрорежущие. Содержа­ ние углерода в количестве 1,7% практически составляет верхний предел деформируемости при горячей обработке давлением. Добавка в сталь оптимальных количеств редкоземельных элементов значи­ тельно повышает ее пластичность как при низких, так и при высоких температурах. Результаты широких исследований влияния отдель­ ных элементов и их количественного содержания на пластичность жаропрочных сталей и сплавов при низких и высоких темпе­

ратурах представлены в работах

Обобщение накопленного экспериментального материала, харак­ теризующего влияние легирующих элементов в различных сочета­ ниях и в разном количественном соотношении на пластичность ста­ лей и сплавов, позволит вывести расчетные формулы типа показатель деформируемости—концентрация легирующих элементов. В решении этой проблемы значительная роль принадлежит электронно-вычисли­ тельным машинам.

§ 3

МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРА

Влияние структуры на пластичность при'обработке давлением имеет большое значение. Такие структурные факторы, как неблаго­ приятная ориентировка плоскостей сдвига, неравномерность свойств отдельных зерен, ускоряют появление микротрещин в деформируемом металле.

Макроструктура, видимая на протравленных шлифах невоору­ женным глазом, дает представление о кристаллическом строении

10