Из статьи вы узнаете, что такое пластичность металла и как она зависит от химического состава. Как на показатель влияет температура, скорость деформации и напряженное состояние. Также найдете информацию о сплавах, обладающих высокой пластичностью.
Пластичность металлов проявляется при нагревании до высоких температур. Материалы растягиваются и деформируются под воздействием силы, но не ломаются, поэтому используются при изготовлении различных деталей. При высокой пластичности металлы постепенно разрушаются с предварительным образованием изгибов, при низкой – ломаются быстро. О показателях пластичности у разных сплавов и том, как это свойство используется в промышленности, расскажем дальше.
Что такое пластичность металла?
Это способность материала меняться под влиянием внешних факторов с сохранением изменений по завершении воздействия. Эксперты называют данную особенность обратной упругостью металлов. Сплавы с высокой пластичностью легко обрабатываются, подвергаются штамповке, ковке и другим воздействиям.
Пластичность зависит от температуры, до которой нагревается металл, но не во всех случаях. Показатель увеличивается при нагревании и снижается по завершении термического воздействия. Если сплавы демонстрируют хорошую пластичность в условиях комнатных температур, при охлаждении ниже нуля высока вероятность их разрушения.
Пластичность характерна для большинства металлов. У одних сплавов она высокая, у других – низкая. Материалы второй группы именуются хрупкими. При этом они не демонстрируют какой-либо деформации при разрушении или перед ним. Например, чугун считается хрупким металлом, тем не менее он широко используется во многих производственных отраслях.
Пластичность – важное свойство, которое часто учитывается при обработке металла. Например, кузовы автомобилей изготавливают из пластичных сплавов для возможности придания конструкциям необходимой формы. Показатели связаны с соотношением направления воздействия силы и стороны прокатки металла. Катаные сплавы обладают свойством направленности из-за удлинения структурных кристаллов (зерен) вдоль прокатки. Поэтому пластичность будет выше в том же направлении. Аналогичный показатель характерен и для листовой стали.
В поперечном направлении прочность металла может снижаться на 30 %, а пластичность – на 50 %. В зависимости от толщины материала показатели падают еще больше. Отдельные сплавы демонстрируют низкую пластичность в поперечном направлении. Например, титан и некоторые марки алюминия.
Всего существует три направления:
- продольное – X;
- поперечное – Y;
- по толщине – Z.
При аттестации сварщиков в процессе проверки навыков загиба стали часто наблюдается излом основного материала. Он возникает из-за того, что ось шва идет параллельно с направлением прокатки. Несмотря на высокие показатели в стороне X, появление нагрузок в направлении Y или Z способно разрушить структуру материала.
Проверить пластичность можно посредством теста на растяжение. Он выполняется в момент испытания металла на предел прочности. Выражается свойство, как относительное удлинение и сужение сечения материала.
Зависимость пластичности от химического состава
Показатель прямо зависит от чистоты материала. Мягкость очищенных металлов выше, чем у сплавов. Например, медь более пластичная, чем бронза (сплав с оловом). Высокий показатель также наблюдается у материалов, создающих твердые растворы. Тогда как у сплавов, образующих механические смеси и химические соединения, он ниже. Более высокая разница в пределах прочности и текучести металлов прямо влияет на их характеристики.
Пластичность также зависит от компонентов, входящих в состав материалов:
- Высокое содержание углерода снижает показатель. Сталь плохо поддается ковке, если процентное содержание вещества превышает 1,5 %.
- Наличие в составе кремния также уменьшает пластичность. Поэтому холодная штамповка и глубокая вытяжка применяются для обработки малоуглеродистой стали с небольшим содержанием этого компонента.
- Пластичность легированной стали повышается за счет ванадия и никеля, но снижается при наличии хрома и вольфрама.
- Хрупкость сплава увеличивается при соединении железа и серы, в результате чего образуется сульфид металла в виде эвтектики. Он располагается на границах зерен и плавится при температуре +1000 °С, разрушая связи между ними. Данный процесс называется красноломкостью.
- Для минимизации негативного воздействия серы используется марганец, формирующий тугоплавкое соединение.
- Фосфор двояко влияет на сталь – при его наличии в материалах возрастают пределы прочности и текучести, но образуется хладноломкость из-за уменьшения пластичности (вязкости) при низких температурах.
В листовой стали крупнозернистой структуры пластичность более низкая, а в деформированных мелкозернистых изделиях выше. Показатель падает из-за наличия микротрещин, пор и пузырьков.
Влияние температуры
Высокая температура повышает пластичность мало- и среднеуглеродистой стали. Однако у высокоуглеродистых сплавов этот показатель более выраженный и достигается без термического воздействия. Температура также не влияет на пластичность шарикоподшипниковых сталей.
Существуют сплавы, у которых показатель меняется в определенном диапазоне. Например, у технического железа при температуре от +800 до +1000 °С пластичность снижается. При достижении градуса плавления увеличивается хрупкость, поскольку возрастает вероятность пережога или перегрева.
Для углеродистой стали характерна зона синеломкости. Она наступает в диапазоне температур от +100 до 300 °С, когда прочность сплава возрастает, а пластичность уменьшается. Это происходит из-за выпадения малых частиц карбида в направлении плоскости скольжения в процессе деформации материала. Снижение показателя также происходит при фазовых превращениях.
Пластичность резко уменьшается при излишнем росте зерен в структуре металла. Явление наблюдается при перегреве, который исправляется отжигом. При пережоге на границах зерен появляются оксиды. Происходит разрушение межзеренных прослоек при приближении металла к температуре плавления. В результате в структуре материала появляются трещины. Данный процесс невозможно исправить, поэтому металл отправляется на переплавку.
Воздействие скорости деформации
Скорость деформации – изменение ее степени за определенный срок. При увеличении показателя пластичность снижается, что характерно для высоколегированной стали, сплавов магния и меди. Уменьшение объясняется двумя разнонаправленными процессами, которые происходят при работе с нагретыми металлами. При деформации наблюдается упрочнение сплавов, при рекристаллизации – ослабление. При высокой скорости деформации укрепление происходит быстрее обратного процесса. При штамповке взрывом и других подобных процедурах, когда скорость формирования изгиба достигает максимальных показателей, пластичность снова начинает увеличиваться. Рост происходит за счет увеличения температуры из-за выработки теплоты в процессе деформации.
Влияние напряженного состояния
Показатель определяется схемой расположения главных напряжений, которые действуют в малых объемах деформируемого материала. К ним относятся нормальные напряжения, действующие на трех плоскостях, перпендикулярных друг другу, где они взаимно уничтожаются по касательной. Существует 9 подобных схем, 2 из которых линейные, 3 – плоские, 4 – объемные.
Обработка давлением приводит к образованию двух объемных схем:
- Трехосное сжатие – напряжения распространяются по трем осям. Возникает при прокатке стали, прессовке, штамповании и свободной ковке.
- Напряженное состояние – в двух осях наблюдается напряжение сжатия, в третьей – растяжения. Появляется при листовой штамповке и волочении.
Пластичность хорошо просматривается на схемах главных напряжений. Возрастание роли сжатия приводит к увеличению показателя в процессе обработки материала. Поэтому пластичность при волочении ниже, чем при прессовании. Сжатие заготовки по бокам специальным инструментом в процессе обработки давлением приводит к увеличению этого напряжения.
Деформация в малых объемах определяется схемой ее главных частей. К основным относятся те, которые происходят по трем перпендикулярным осям, где касательное напряжение равно нулю.
При обработке материала давлением возникают следующие схемы главных деформаций:
- Сжатие по двум осям, растяжение по одной – хорошо просматривается при прессовании и волочении.
- Сжатие по одной оси, растяжение по двум – возникает при прокатке, ковке или объемной штамповке.
- Первая ось – сжатие, вторая – растяжение, на третьей ничего не происходит. Схема работает при прокатке широких полос и штамповке листов.
По схеме главных деформаций можно получить информацию о зернах и волокнах металла с характером их формирования. При обработке давлением физические и механические свойства, а также текстуру сплава определяет предельная главная деформация.
Металлы с хорошей пластичностью
Самые высокие показатели у платины серебряного цвета, золота желтого оттенка и розово-оранжевой меди. Немного меньшей пластичностью обладают:
- сталь в зависимости от углеродистого состава и добавок – например, марки Ст3 и 09г2c;
- алюминий AMG 2, 3, 5, латунь и прочие сплавы;
- свинец – высокие показатели зависят от температурных диапазонов.
Пластичность можно определить на основе ранее приобретенных знаний или с помощью тестов. Показатели зависят от того, как работают те или иные добавки с металлическим стеклом, а также от степени чистоты материала.
Имеют значение и другие переменные. В частности, число электронов, молекулярных орбиталей, принимающих участие в связях металла, а также расположение кристаллов и размеры зерен.
Стандартных правил не существует. Для каждого материала нужно определить связи между различными переменными, включая электронные и микроскопические. Проанализировать их на основе многомерного анализа, поскольку сплавы со схожими свойствами и характеристиками могут обладать разными показателями пластичности.
Особенности сотрудничества
ООО «МНИТЕК» выполняет заказы в любых объемах. Сотрудники компании режут черные и цветные металлы, нержавеющую и оцинкованную сталь с использованием современного лазерного оборудования, что обеспечивает максимальную скорость раскроя и сокращает сроки выполнения работ. Оказывают сопутствующие услуги по покраске, сварке, высокоточной гибке, очистке и обработке поверхности методом галтовки. За счет размеров стола для раскроя достигается высокий коэффициент использования металла.
Работы проводятся в соответствии с действующими ГОСТами и технологическими нормативами, на основе мощной материальной базы и инновационных технических наработок. Контроль осуществляется на каждом этапе, что позволяет создавать качественные изделия, отвечающие заявленным требованиям.
Компания сотрудничает с клиентами со всех регионов России. Заказ можно оформить через менеджера. Специалист примет заявку, при необходимости проконсультирует по имеющимся вопросам.
