Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Состояние сверхпластичности характеризуется рядом признаков:
- крайне незначительное деформационное упрочнение;
- аномально высокий ресурс деформационной способности;
- напряжение течения материала в несколько раз меньше предела текучести, характеризующего пластическое состояние данного материала;
- повышенная чувствительность напряжения течения материала к изменению скорости деформации.
Сверх пластичный материал относят к классу сложных вязкопластичных сред.
Признаки сверхпластичности проявляются при определенных условиях, среди которых принципиальное значение имеют структурное состояние деформируемого материала, температура и скорость деформации.
По структурному признаку различают:
- сверхпластичность у металлов и сплавов со сверхмелким зерном d≤1,2*10в-6 мм (у обычного зерна d = 2,5*10в-4 мм);
- сверхпластичность полиморфных металлов и сплавов, проявляющуюся при деформировании в процессе фазовых превращений. При этом исходный размер зерен не имеет значения, но!, должны идти постоянные изменения фазового состава и структуры материала в процессе деформации.
По второму признаку сверхпластичность некоторых сплавов может быть обеспечена за счет процессов деформации после термической обработки с целью перевода структуры в метастабильное состояние. Это явление открыто российским металловедом А.А. Бочваром.
Сплав 80% цинка + 20% алюминия, закаленный при температуре свыше 300°С, с концентрацией, близкой к эвтектоидной, при пластической деформации обнаруживает падение прочности при температуре 300°С до 2,0-2,5 Н/мм2 и увеличение пластичности по удлинению до 650%, что объясняется эвтектоидными превращениями, идущими при пластической деформации.
Чем больший объем занимают метастабильные структуры, тем больше сверхпластичность, которая также зависит от скорости деформирования.
Эвтектика - структура, состоящая из механической смеси двух или более твердых фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава.
Метастабильные структуры - структуры, обладающие ограниченной устойчивостью и переходящие под влиянием внешних воздействий в другие болев устойчивые состояния.
Признаки сверхпластичности металла при растяжении:
- не образуется шейка;
- происходит разупрочнение;
- все происходит при комнатной или пониженной температуре (нет окисления, повышенная прочность...).
Сверхпластичность обнаружена для сплава медь-алюминий при 550-660°С, для латуни Л-52 при 450-550°С, наблюдается в двухфазных сплавах, если они имеют мелкие равноосные зерна (1-4 мкм).
Сверхпластичность следует объяснять фазовыми превращениями, вызванными пластической деформацией.
Эффект сверхлластичности известен для сталей с 20% содержанием марганца и добавками кобальта и ванадия при γ-α-превращениях, если о а 100 Н/мм2, а также сталей с содержанием 30% никеля при 70°С при γ-α-превращениях.
Было высказано предположение, что снижение прочности вызвано действием внутренних напряжений второго рода (в зернах) от разности удельных объемов фаз, участвующих в превращениях,
Известно, что при циклических изменениях температуры таких сталей в диапазоне 870-930°С происходи нарастание деформации при очень низких напряжениях (1,0 Н/мм-1). Это явление может быть использовано для разработки новых технологических процессов.
Аналогичный эффект повышения пластичности обнаружен и при деформации углеродистых марок стали (0,15-0,9% углерода), подшипниковых марок стали (1,0-1,5% хрома), когда удлинение происходит без образования шейки при напряжениях ниже предела текучести и достигает 500% В хромисто-никелевых сталях (26% хрома + 6,5% никеля) при температуре 980°С удлинение достигает 600%, что позволяет прокатывать листы толщиной 0,5 мм из 10-тонных заготовок (слитков).
Недостатком сверхпластичности следует считать низкую скорость деформации.
Пример использования явления сверхпластичности: вакуумно-газовая штамповка листов,
Таким образом, сверх пластичность обусловлена фазовыми превращениями, которые ослабляют межатомные связи, снижают предел текучести и до конца фазовых превращений не позволяют развиваться деформационному упрочнению и, главное, связанному с ним увеличению числа дислокаций То есть в основе сверхпластичности лежит эффект разупрочнения.
Мелкое зерно + фазовые превращения (температура) + внешнее напряжение + рекристаллизация (но при низких температурах — помогает снять наклеп - протолкнуть дислокации (булат).
Одним из способов предотвращения роста зерен является смешивание металла с другим веществом (с углеродом). Результат -сверхвысокоуглеродистые стали (содержание углерода -1,5%). Такого содержания углерода достаточно для создания разветвленной сетки цементита, которая распространяется по всей металлической заготовке и препятствует росту зерен. Ho такая сталь хрупкая.