1. Naprężęnie

Naprężenie to miara gęstości powierzchniowej sił wewnętrznych występujących w ośrodku ciągłym. Jest podstawową wielkością mechaniki ośrodków ciągłych. Jednostką naprężenia jest paskal.

Naprężenie w dowolnym punkcie zależy od kierunku, w którym jest rozpatrywane. Mimo iż pole powierzchni przekroju A dąży do zera, czyli przekrój dąży do punktu, istotne jest jaki kierunek miała normalna do powierzchni przekroju:

gdzie: s – wektor naprężenia, F – wektor sił wewnętrznych w ciele działających w przekroju, A – pole przekroju.

Kierunki główne

wzdłuż kierunków głównych metal doznaje największych odkształceń

2. Warunki plastyczności
Warunek plastyczności – jest to warunek dotyczący stanu naprężenia według którego aby materiał przeszedł w stan plastyczny lub odkształcenie mogło dalej postępować, naprężenie zastępcze musi być równe naprężeniu uplastycznionemu. Warunek plastyczności jest to warunek określający zależność pomiędzy składowymi stanu naprężenia w chwili osiągnięcia stanu plastycznego.

HIPOTEZA HMH (HUBERA- MISESA- HENCKY’EGO)

Huber:

- zaobserwował, że nie jest możliwe przejście w stan plastyczny ciał z

odkształceniami objętościowymi

- musi nastąpić zmiana postaciowa a nie objętościowa co świadczy o tym, że

decyduje energia typu postaciowego

„Materiał przechodzi w stan plastyczny wtedy gdy energia odkształcenia postaciowego

osiągnie wartość krytyczną właściwą danemu materiałowi lecz niezależną od rodzaju

stanu naprężenia.”

$$\sigma_{\text{zastepcze}} = \frac{\sqrt{2}}{2}\sqrt{\left( \sigma_{1} - \sigma_{2} \right)^{2} + \left( \sigma_{2} - \sigma_{3} \right)^{2} + \left( \sigma_{3} - \sigma_{1} \right)^{2}} = \sigma_{p}$$

σ_p - naprężenie uplastyczniające wyznaczone dla konkretnego materiału doświadczalnie na maszynie wytrzymałościowej

HIPOTEZA TRESKI

Podstawą do sformułowania tego warunku była obserwacja linii Lüdersa, które powstają

w początkowej fazie uplastyczniania próbki rozciąganej. Ponieważ kąt nachylenia tych

linii do osi próbki jest bliski 450 i odpowiada płaszczyznom maksymalnych naprężeń

stycznych co oznacza, że:

- tam musi nastąpić zerwanie więzi w wyniku działania sił stycznych

- tam będzie poślizg kryształów

„Materiał przechodzi w danym punkcie w stan plastyczny wówczas, gdy maksymalne

naprężenie styczne osiągnie pewną graniczną wartość, charakterystyczną dla tego

materiału”

$$\sigma_{\text{zastepcze}} = \begin{Bmatrix} \sigma_{1} - \sigma_{3} = \pm \sigma_{p} \\ \sigma_{2} - \sigma_{1} = \pm \sigma_{p} \\ \sigma_{3} - \sigma_{1} = \pm \sigma_{p} \\ \end{Bmatrix}$$

σ_p - naprężenie uplastyczniające wyznaczone dla konkretnego materiału doświadczalnie na maszynie wytrzymałościowej

Jeżeli zastępcze i uplastycznienia się równają to materiał się uplastycznia

HMH jest dokładniejsza

3. Obróbka plastyczna

Jednym z rodzajów obróbki umacniającej jest obróbka plastyczna na zimno. Polega ona na odkształcaniu plastycznym materiału, które wywołuje wzrost gęstości defektów w sieci krystalograficznej, głównie punktowych i liniowych, a tym samym nagromadzenie energii odkształcenia, która jest tym większa, im niższa jest temperatura tego procesu. Temperatura, w której przeprowadza się obróbkę plastyczną na zimno jest niższa od temperatury rekrystalizacji czyli 0,4 bezwzględnej temperatury topnienia.

Nagromadzenie się dużej liczby dyslokacji powoduje wzajemne blokowanie się ich - skutkiem tego jest zmiana własności fizycznych i mechanicznych. Zmianę tychże własności przyjęto nazywać zgniotem.

Miarą zgniotu jest stopień odkształcenia plastycznego podawany w procentach. Stopień odkształcenia określa się na podstawie:

względnej zmiany długości

ε=

gdzie:
Δl- długość próbki po zgniocie
l0- początkowa długość próbki

lub względnej redukcji przekroju

ε=

gdzie:
ΔS- przekrój po zgniocie
S0- przekrój początkowy

Efektem odkształcenia plastycznego jest stopniowe wydłużenie się ziaren w kierunku obróbki plastycznej. Wyciągnięciu ulegają również wtrącenia niemetaliczne, które mają tendencję gromadzenia się na granicach dendrytów. Wynikiem tego jest powstanie charakterystycznej włóknistej struktury. Innymi efektami obróbki plastycznej jest zmiana właściwości magnetycznych oraz przewodności elektrycznej ( wzrost oporności) oraz wzrost twardości i zmniejszenie plastyczności.

4. Obróbka na ciepło

Obróbka plastyczna na gorąco

 

Następuje powyżej temperatury rekrystalizacji. W wyniku obróbki na gorąco materiał jest miękki, rekrystalizowany i skory do odkształceń o ziarnach szerokokątnych.

 

Cechy obróbki plastycznej na gorąco:

Wzmocnienie w procesie kształtowania - usunięte w całości przez rekrystalizację;

Równomierna mikrostruktura;

Usunięta pasowość mikrostruktury;

Wytrzymałość wyższa wzdłuż włókien - kierunek obciążenia zgodny z kierunkiem włókien;

Etapy zmian struktury i własności wywołane odkształceniem plastycznym na gorąco: 

-Zdrowienie - procesy prowadzące do zmieszania gęstości defektów punktowych. Proces zdrowienia polega na częściowym usunięciu skutków zgniotu zachodzące podczas wygrzewania zgniecionych materiałów w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji.

-Rekrystalizacja pierwotna - polega na utworzeniu zarodków nowych ziaren i wzroście przez migrację

-Rozrost ziaren - po zakończeniu krystalizacji pierwotnej następuje dolny wzrost wielkości ziarna. Jeśli średnica powstałych ziaren jest statycznie jednorodna to jest to normalny wzrost ziaren, jeśli nie następuje rekrystalizacja wtórna.

Zalety obróbki plastycznej

 

-Oszczędność materiału - wyroby otrzymywane metodami obróbki plastycznej są wytwarzane masowo. Pozwala to na ograniczenie kosztów jednostkowych i takie dostosowanie linii produkcyjnej aby cena wytwarzania elementów była jak najniższa. Wysoki spadek kosztów produkcji spowodowany jest automatyzacją procesu produkcyjnego.

-Stosunkowo niskie koszty jednostkowe - w przypadku walcowania gwintów jak również elementów uzębionych takich (koła zębate, wielokarby), zauważa się poprawę własności mechanicznych w porównaniu z obróbka skrawania oraz poprawia się gładkości elementów.

-Polepszenie własności fizykalnych i mechanicznych przerobionego materiału. Przeróbka plastyczna zachowuje ciągłość włókien, co zapewnia lepsze własności mechaniczne gotowego wyrobu.

-Możliwość nadawania skomplikowanych kształtów, które w innych technologiach są trudne bądź niemożliwe do osiągnięcia.

-Wadą obróbki plastycznej wysoki koszt narzędzi.