Наклёп: упрочнение при холодной деформации

Наклёп: упрочнение при холодной деформации

Наклёп означает увеличение сопротивления пластическому течению в результате предшествующей деформации. При холодной обработке дислокации размножаются и взаимодействуют; их дальнейшее движение требует большего напряжения. Холодной называют деформацию в условиях, когда процессы восстановления структуры не успевают полностью компенсировать накопление дефектов. Поэтому определение не сводится к обработке строго при комнатной температуре и зависит от материала, скорости и времени процесса.

Упрочнение полезно при изготовлении проволоки, ленты и деталей, прочность которых повышают без закалки. Одновременно может уменьшаться запас пластичности, появляться текстура и остаточные напряжения. Повышение твёрдости после обработки не доказывает, что деталь стала одинаково прочной во всех направлениях. Состояние поверхности и локальные деформации также могут отличаться от состояния середины сечения.

Как описывать накопленную деформацию

Для операции уменьшения площади используют степень обжатия r = (A_0 - A_1)/A_0. При приблизительном постоянстве объёма и однородном одноосном течении логарифмическая деформация по длине равна ε = ln(A_0/A_1). Такая запись применима, например, как идеализированная оценка вытяжки. Для прокатки, неоднородного волочения и сложных путей деформирования эквивалентная пластическая деформация требует отдельной модели: изменение площади само по себе не определяет всё тензорное состояние.

Примем A_0 = 100 мм² и A_1 = 70 мм². Тогда r = (100 - 70)/100 = 0,30, то есть 30%, а ε = ln(100/70) = 0,356675. При сохранении объёма длина увеличится в 100/70 = 1,42857 раза. Поэтому инженерное удлинение будет 42,857%, и его нельзя отождествлять ни с обжатием 30%, ни с логарифмической деформацией 0,356675.

Условная кривая упрочнения

Для иллюстрации зададим модель Холломона σ = K · ε_p^n, где σ — истинное напряжение течения, ε_p — истинная пластическая деформация, K — коэффициент прочности, n — показатель упрочнения. Примем K = 500 МПа и n = 0,20 только как параметры расчётного примера. Упругой частью деформации здесь пренебрегаем. При ε_p = 0,10 модель даёт σ = 315,48 МПа; при ε_p = 0,356675 получаем σ = 406,84 МПа.

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Разность около 91,36 МПа относится только к выбранной кривой и двум состояниям внутри её условного диапазона. Она не является приростом предела текучести конкретной стали. При ε_p = 0 чистая степенная модель даёт нулевое напряжение, поэтому её нельзя использовать как описание начала текучести без дополнительных условий или иной аппроксимации. Коэффициенты должны определяться из экспериментальной кривой, а не назначаться по названию материала.

Выбор режима обработки

Последовательные обжатия складываются в логарифмических мерах при согласованных предпосылках. Однако одинаковая суммарная деформация не гарантирует одинаковые свойства после различных маршрутов: промежуточный нагрев, изменение направления, трение и скорость меняют структуру. Снижение усилия в следующем проходе может отражать повышение температуры, а не отсутствие наклёпа.

Для технологической оценки сравнивают усилия, размеры, дефекты поверхности, твёрдость и результаты механических испытаний. Если данные получены растяжением, преобразование инженерных величин в истинные без локальных измерений корректно лишь на участке однородной деформации до образования шейки. Напряжение течения модели не равно контактному давлению инструмента и не определяет мощность оборудования без учёта геометрии, трения и кинематики процесса.

Первичные источники

• WorldAutoSteel / AHSS Insights: Engineering Stress-Strain vs. True Stress-Strain — истинные меры, закон Холломона и ограничение преобразования до шейки
• MIT OpenCourseWare: Heating metals, recovery and recrystallization — конкурирующие процессы восстановления при нагреве