Два разных свойства
Пластичность характеризует способность материала накапливать необратимую деформацию до разрушения в определённых условиях. Сопротивление деформированию характеризует напряжение, необходимое для пластического течения. Заготовка может требовать небольшого усилия, но разрушаться при недостаточной допустимой деформации; другой материал может хорошо деформироваться, требуя мощного пресса. Поэтому выбирать технологию по одному пределу прочности недостаточно.
Оба свойства зависят от структуры, температуры, скорости, состояния поверхности и истории нагружения. Влияние повышения температуры не всегда монотонно: возможны области пониженной пластичности и фазовые превращения. Формулировки «нагрев всегда улучшает пластичность» и «скорость всегда увеличивает усилие» чрезмерно общие. Для расчёта требуется кривая и критерий разрушения в условиях конкретной операции.
| Показатель | Что характеризует | Чего не определяет |
|---|---|---|
| Удлинение после разрыва A | Изменение измерительной длины образца | Предельное обжатие в любой операции |
| Сужение Z | Уменьшение площади в месте разрушения | Равномерную деформацию всей заготовки |
| Напряжение течения σf | Текущую нагрузку материала | Допустимую деформацию до трещины |
| Контактное давление p | Взаимодействие с инструментом | Чистое свойство материала |
| Предельная деформация | Разрушение при заданном пути | Универсальный запас для другого пути |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Почему важна схема нагружения
Растяжение способствует раскрытию микропор и трещин; сжимающее среднее напряжение может затруднять их рост. Это помогает объяснить различие возможностей осадки и растяжения, но не гарантирует отсутствие разрушения при сжатии. На свободной поверхности бочки возникают растягивающие компоненты, а трение, неоднородность и дефекты исходного металла меняют местную картину.
ISO 6892-1 относится к растяжению при комнатной температуре. Полученные A и Z полезны для сравнения одинаково испытанных партий, но не дают готового допуска на ковочное обжатие. Производитель испытательных машин ZwickRoell определяет Z через исходную и минимальную конечную площади; локализация делает этот показатель отличным от общей равномерной деформации.
Работа деформации: пример
Для однородной пропорциональной пластической деформации удельная работа w = ∫σf dεp. В эквивалентной записи напряжение и деформация должны быть энергетически согласованными. При условном среднем напряжении 400 МПа и приращении эквивалентной пластической деформации 0,50 получаем w ≈ 200 МДж/м³. Единица верна, поскольку Па = Н/м² = Дж/м³.
Если объём заготовки составляет 100 см³, то V = 0,0001 м³, а идеальная работа W = wV = 20 000 Дж = 20 кДж. Это работа непосредственно пластического формоизменения; она не включает трение, упругую деформацию машины и потери привода. По этим 20 кДж нельзя выбрать усилие пресса без хода и распределения нагрузки.
Для отдельного условного образца A₀ = 100 мм² и Aᵤ = 60 мм² дают Z = (100 − 60)/100·100 = 40%. Это геометрический результат после разрушения, а не разрешение уменьшить площадь производственной детали на 40% за один переход.
Практическая проверка
При разработке перехода отдельно проверяют мощность оборудования и местный риск трещины. В протоколе фиксируют температуру, скорость, смазку, ориентацию, состояние поверхности и место разрушения. Если давление растёт, сначала различают упрочнение материала, охлаждение и увеличение контактной площади. Если появляется трещина, проверяют также путь деформации и дефекты заготовки. Испытания партии должны воспроизводить существенные условия операции.
Источники и границы применения
- ISO 6892-1:2019: Официальная область применения: растяжение металлов при комнатной температуре; не режим горячей ковки.
- ZwickRoell — Reduction of Area Z: Производитель испытательных машин: сужение после разрушения и локализация.