Prelucrarea prin deformare plastica a materialelor metalice - Generalitati

Prelucrarea prin deformare plastica a materialelor metalice - Generalitati

1. Notiuni introductive

Deformarea plastica este o metoda de prelucrare prin care, in scopul obtinerii unor piese finite sau semifabricate, se realizeaza deformarea permanenta a materialelor in stare solida (la cald sau la rece) fara fisurare micro sau macroscopica.

Avantaje

n         proprietati mecanice imbunatatite datorita unei structuri omogene si mai dense ;

n         consum minim de materiale;

n         precizie mare de prelucrare (mai ales la deformare plastica la rece);

n         posibilitatea obtinerii unor forme complexe cu un numar minim de operatii si manopera redusa;

n         posibilitate de automatizare (linii de automatizare + celule flexibile de fabricatie );

Dezavantaje

n       investitii initiale mari in ceea ce privesc utilajele folosite;

n       necesitatea unor forte mari pentru deformare;

Dupa temperatura la care are loc deformarea distingem :

- deformare plastica la cald;

- deformare plastica la rece;

Deformarea se considera plastica daca eforturile unitare datorate fortelor de prelucrare tehnologica sunt peste limita de curgere conventionala (efortul unitar caruia ii corespunde o deformare remanenta de 0,2% , _0,2 ).

Mecanismele intime ale deformatiilor plastice se realizaeza prin:

Intarirea (Ecruisarea) este ansamblul fenomenelor legate de modificarea proprietatilor mecanice, fizice ale metalelor in procesul de deformare plastica la rece.

Intarirea se poate interpreta ca fiind datorata acumularii deformatiilor elastice care creaza o stare de tensiune care ingreuneaza procesul deformarilor plastice.

O alta cauza a intaririi este cresterea franarii miscarii dislocatiilor odata cu cresterea gradului de deformare.

Mecanismul deformarii la cald are loc ca si in cazul deformarii la rece prin alunecare si maclare.

Starea de intarire caracterizata in special printr-o rezistenta si duritate marita, plasticitate micsorata. Constituie o stare la care marirea gradului de deformare este greoaie sau imposibila. Pentru a impiedica aparitia timpurie a acestei stari si pentru a usura procesul de deformare plastica se procedeaza la incalzirea materialelor.

Alunecarea este deplasarea straturilor subtiri ale cristalului unele fata de altele.

Lunecarea se produce de-a lungul unor plane de densitate atomica maxima, distanta intre doua plane fiind de aproximativ 1 μm. Deformarea plastica a policristalelor se compune din deformarea cristalelor si din deformarea substantei intercristaline. Deformarea grauntilor in policristal incepe cu planurile grauntilor care sunt orientati favorabil fata de axa eforturilor unitare.

Maclarea - este fenomenul de reorientare a unei parti dintr-un cristal in raport cu restul, de-a lungul unui plan numit plan de maclare. Partea rotita a cristalului se numeste macla. Apare la viteze de deformare mari. Procesul se realizeaza instantaneu sub actiunea unor forte tangentiale mai mici decat cele de alunecare.

2. Influenta temperaturii asupra deformarii plastice

Revenirea - este fenomenul de inlaturare a tensiunilor retelei si marirea plasticitatii materialului, fara a produce nici o modificare a microstructurii (0,2t_t < t_r < 0,4t_t, unde t_t temperatura de topire).

Prin incalzire mobilitatea atomilor creste, constatandu-se o marire a fenomenului de difuzie determinata de deplasarea atomilor in vacante si interstitii, stare care duce in final la eliminarea tensiunilor interne.

Recristalizarea - Are loc in stare solida si consta in reorganizarea retelei cristaline deformate si aparitia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizare se elimina complet tensiunile interne, micsorandu-se duritatea, rezistenta la deformare si marindu-se plasticitatea.

3. Influenta temperaturii asupra rezistentei la deformare si a plasticitatii

Cresterea temperaturii provoaca schimbari esentiale ale caracteristicilor de rezistenta ale metalelor. Rezistenta la deformare scade spectaculos odata cu cresterea temperaturii datorita urmatoarelor fenomene:

n       la temperaturi mari creste amplitudinea oscilatiilor atomilor datorita cresterii energiei lor potentiale. Atomii trec mai usor dintr-o pozitie de echilibru in alta;

n       la temperaturi mari rezistenta la deformare scade mult, deplasarea si orientarea grauntilor devine mai usoara astfel incat deformarea se poate face la eforturi mai mici;

Parametrii care definesc incalzirea sunt:

viteza de incalzire (temperatura de incalzire raportata la timpul de atingere al acesteia);

viteza de racire (temperatura de racire raportata la timpul de atingere al acesteia);

durata mentinerii la temperatura palierului;

4. Zone de temperatura la deformarea plastica la cald

In functie de influenta reciproca a fenomenelor ce au loc la deformarea la cald (intarire, revenire, recristalizare) se deosebesc urmatoarele faze:

n       deformare plastica la rece : t_d< 0,2 t_t ;

n       deformare incompleta la rece : 0,2t_t < t_d < 0,4t_t ; Apare fenomenul de intarire si cel de revenire. Este caracteristic prelucrarea cu viteze mari de deformare.

n       deformare incompleta la cald 0,4t_t < t_d < 0,6t_t ; Deformarea se caracterizeaza prin actiunea completa a fenomenului de revenire si incompleta a fenomenului de recristalizare. Datorita neomogenitatii grauntilor, materialul este puternic tensionat ceea ce duce la aparitia fisurilor.

n       deformare la cald - se caracterizeaza prin lipsa efectelor intaririi dupa prelucrare si printr-o structura fina si omogena a materialului metalic ca urmare a actiunii complete a revenirii si recristalizarii. Rezistenta la deformare la cald este foarte mica din cea la rece, iar plasticitatea este mare (0,6t_t < t_d < 0,85t_t ). Pentru 0,85t_t < t_d se constata supraincalzire si tendinta de ardere.

5.1. Legile deformarii plastice

Aceste legi sunt valabile atat la deformarea plastica la cald cat si la rece.

1.      Legea volumului constant. Volumul semifabricatului supus deformarii plastice ( la cald sau la rece ) este egal cu volumul piesei finite.

Facand abstractie de micile variatii de volum prin indesare sau pierderi de oxizi ,putem considera ca volumul piesei finite obtinut prin deformare plastica este egal cu volumul semifabricatului.

Aceasta lege este foarte importantain practica , ea permitand calculul volumului semifabricatului supus deformarii plastice.

2.      Legea prezentei deformatiilor elastice in timpul deformarilor plastice

Deformarea plastica este intotdeauna insotita de o deformare elastica. Nu putem ajunge in zona de plasticitate fara sa trecem prin cea de elasticitate. (Hooke). Conform acestei legi , dupa prelucrarea prin deformare plastica la rece apare o tendinta de relaxare a materialului. Solicitarea incetind , inceteazadeformarea elastica , ceea ce produce "relaxarea "materialului , ramanind numai deformarea plastica.

De efectele acestei legi se tine cont la proiectarea unei scule pentru deformare plastica , ca de exemplu matritele de tragere si extrudare care au intotdeauna un con de iesire.

3.      Legea rezistentei minime Aceasta lege are mai multe formulari:

n       Orice forma a sectiunii transversale a unui corp supus deformarii plastice prin refulare in prezenta frecarii pe suprafata de contact tinde sa ia forma care are perimetrul minim la suprafata data ; la limita tinde catre cerc.

n       Deplasarea punctelor corpului pe suprafata perpendiculara pe directia fortelor exterioare are loc dupa normala cea mai scurta dusa la perimetrul sectiunii. Deplasarea maxima se va produce in acea directie in care se va deplasa cea mai mare cantitate de material.

4.      Legea aparitiei si echilibrarii eforturilor interioare suplimentare

La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat in stare plastica apar in interiorul materialului eforturi suplimentare care se opun deformarii relative si care tind sa se echilibreze reciproc.

Eforturile suplimentare apar datorita frecarilor de contact dintre scula si semifabricat, neomogenitatii compozitiei chimice, proprietatilor mecanice, etc.

Eforturile unitare produse si ramase in piesa prelucrata se pot adauga eforturilor unitare ce apar in timpul functionarii, ceea ce poate produce fisuri sau distrugerea piesei.

Pentru evitarea aparitiei eforturilor suplimentare se vor reduce frecarile intre suprafata materialului deformat si suprafata activa a sculei.

5.      Legea similitudinii

Pentru aceleasi conditii de deformare a doua corpuri geometrice asemenea care au marimi diferite, presiunile specifice de deformare sunt egale intre ele, raportul fortelor de deformare fiind egal cu patratul raportului marimilor liniare.

Legea este valabila cand ambele corpuri au aceleasi faze structurale, aceeasi stare chimica si aceleasi caracteristici mecanice, iar temperatura corpului la inceputul deformarii este aceeasi.

5.2. Incalzirea materialelor metalice pentru deformare plastica

Prin incalzirea semifabricatului pentru deformare plastica se urmareste:

n       micsorarea limitei de curgere;

n       reducerea tensiunilor interne (prin revenire si recristalizare);

n       omogenizarea structurii;

O incalzire corecta se asigura prin:

n       scurtarea timpului de incalzire pana la atingerea t_d;

n       asigurarea unei incalziri uniforme;

n       reducerea arderilor si decarburarilor;

Valorile superioare sunt limitate de aparitia oxidarii.

Limita inferioara se stabileste in functie de natura materialului.

Din punct de vedere termic in procesul de deformare plastica la cald se disting trei stadii.:

n    stadiul incalzirii de la 0 - t_id;

n    stadiul deformarii propriu-zise t_id - t_sd;

n    stadiul de racire;

Cuptoarele in care se realizeaza incalzirea sunt variate din punct de vedere al formelor , dimensiunilor si al principiului de functionare. Ele se clasifica astfel :

a)   1.cu functionare intermitenta

2.cu functionare continua

b)   1. electrice

2.    cu flacara

c)   1. in atmosfera obisnuita

2.    in atmosfera controlata

d)   1. Normale

2.    Adanci