Zakład Tworzyw Sztucznych

W chwili powstania pierwszych odkształceń plastycznych na powierzchni odkształcanego kryształu pojawiają się charakterystyczne pasma, widoczne okiem nieuzbrojonym, nazywane pasmami poślizgu. Pasma te składają się z szeregu linii poślizgu. Jak można sprawdzić pod bardzo dużym powiększeniem, linie poślizgu są w rzeczywistości bardzo cienkimi warstewkami metalu, przesuniętymi względem siebie. Płaszczyzny, wzdłuż których nastąpiły te przesunięcia, nazywają się płaszczyznami poślizgu. Grubość poszczególnych warstewek wynosi średnio około 100 parametrów sieci, natomiast średnia wartość przesunięcia wzdłuż płaszczyzny poślizgu — około 1000 parametrów. Wymiary te odnoszą się do początku procesu odkształcania. Przy większych odkształceniach plastycznych wzrasta liczba płaszczyzn poślizgów w poszczególnych pasmach, jak również liczba pasm. Pojawiają się również krzyżujące się pasma poślizgów, należące do innych systemów płaszczyzn poślizgu.

Położenia płaszczyzn poślizgów, jak również budowa pasm, są ściśle zależne od sieci układu krystalograficznego metalu i warunków odkształcania.

Metale lub ich stopy najczęściej poddawane obróbce plastycznej krystalizują w układzie regularnym i heksagonalnym o następujących sieciach: RCS — sieć układu regularnego centrowana ściennie (Al, Cu, y-Fe, Ag, Au, Pb, /3-Co, p-m, Pt),

RCP — sieć układu regularnego centrowana przestrzennie (a-Fe, a-Cr, a-W, Mo, V, /3-Ti),

HZ — sieć układu heksagonalnego zwarcie wypełniona (Zn, Cd, Mg, a-Co, a-Ti).

Schodkowa budowa pasm poślizgu (rys. 1.18) wskazuje na to, że poszczególne warstwy przesunęły się o pewien ściśle określony odcinek. Jak już wspomniano, odcinek ten jest wielokrotnością odpowiedniego boku jednostkowej komórki sieciowej (parametru sieci). Tego typu przesunięcie, zwane inaczej poślizgiem, może w zasadzie wystąpić w różnych płaszczyznach. Najłatwiej zachodzi ono w płaszczyznach najgęściej obsadzonych przez atomy, nazywanych płaszczyznami łatwych poślizgów. Położenie tych płaszczyzn dla rozpatrywanych sieci pokazano na rys. 1.20.

Wystąpienie poślizgów w innych płaszczyznach niż płaszczyzny najgęściej obsadzone przez atomy może mieć miejsce przy znacznym odkształceniu, gdy poślizgi wzdłuż tych pierwszych płaszczyzn ulegają zablokowaniu przez różnego rodzaju zaburzenia powstałe w sieci krystalicznej. Najczęściej obserwuje się to podczas odkształcania metali krystalizujących w sieci ECP, jak również w sieci HZ.

Krystaliczna budowa metali nasuwa przypuszczenie, że poślizg odbywa się przez jednoczesne przemieszczanie jednej warstwy atomów względem drugiej. Przy założeniu sztywności sieci wszystkie atomy pod działaniem naprężeń r wychylają się o tę samą wartość x. Naprężenia styczne r osiągają wartość ekstremalną, gdy x = 0,25a. Naprężenia te wykonują pracę odkształcenia sprężystego, która powoduje wzrost energii potencjalnej poszczególnych atomów. Największą energię potencjalną mają atomy wtedy, gdy x =0,5a. Znajdują się one wówczas w położeniach równowagi nietrwałej, co oznacza, że działanie nawet znikomych naprężeń może spowodować ich przesunięcie j następne położenie równowagi lub powrót do położenia wyjściowego. Wartości naprężeń konieczne do wywołania określonego wychylenia przedstawia krzywa pokazana, na rys. 1.22.„ Przy założeniu sinusoidalnego przebiegu tej krzywej, maksymalne naprężenie max, niezbędne do wywołania odkształcenia plastycznego przez poślizg jednoczesny, wynosi gdzie G oznacza współczynnik. sprężystości poprzecznej materiału. Podana wartość Tmax jest przybliżona, gdyż przy jej określaniu przyjęto pewne upraszczające założenia, jak również nie uwzględniono takich zjawisk, jak odkształcalność atomów i ich biegunowość. W wyniku przeprowadzenia bardziej dokładnych obliczeń otrzymano następującą wartość największego naprężenia stycznego.

Blachy (taśmy) mogą wykazywać dwa rodzaje anizotropii: płaską i normalną. Płaska anizotropia własności plastycznych blachy występuje wówczas, gdy w różnych kierunkach leżących w płaszczyźnie arkusza własności te są różne. Jeżeli własności plastyczne blachy są identyczne we wszystkich kierunkach’ leżących w płaszczyźnie arkusza, ale różnią się one od własności w kierunku prostopadłym (normalnym) do powierzchni blachy, to wykazuje ona tzw. anizotropię normalną. W celu stwierdzenia czy określona blacha ma własności anizotropowe oraz ewentualnie jaki jest rodzaj tej anizotropii, wyznacza się wartości współczynników r dla próbek o osiach tworzących różne kąty. a z kierunkiem walcowania (iy-ą.’ 1.16a), a następnie sporządza się w układzie współrzędnych biegunowych ra wykres funkcji r(a). Wyraźna zmiana wartości współczynnika anizotropii r wraz ze zmianą kąta a oznacza, że blacha wykazuje anizotropię płaską. Przypadek ten ilustruje rys. 1.16c, na którym pokazano wykresy dla dwóch blach o różnej anizotropii płaskiej.

Stała wartość r, wyraźnie różna od jedności,, wskazuje, że występuje anizotropia normalna blachy. Wy kresy biegunowe dla tego rodzaje blach pokazano na rys. 1.16d. Jedna z nich ma współczynnik anizotropii r = 0,9, druga zaś r = 1,4. Jeżeli r s; 1, to blacha ma własności izotropowe. Wykres biegunowy dla takiej blachy przedstawia na rys. 1.16d linia przerywana. Sporządzanie wykresów biegunowych jest pracochłonne. Dlatego też najczęściej poprzestaje się na wyznaczeniu wartości r dla trzech rodzajów próbek, których osie tworzą z kierunkiem walcowania kąty 0°, 45° i 90°. Wyznaczone wartości r0, rK i r90 pozwalają ocenić stopień płaskiej anizotropii badanej blachy oraz służą do określenia wartości średniego współczynnika anizotropii normalnej.

Anizotropię plastycznych własności blachy można określić za pomocą jednoosiowego rozciągania próbek odpowiednio wyciętych z arkusza. Własności anizotropowe materiału uwidaczniają się w ten sposób, że składowe odkształcenia w obu kierunkach prostopadłych do kierunku rozciągania próbki nie są równe. Zjawisko to wykorzystuje się do określania stopnia anizotropii blachy za pomocą tzw. współczynnika anizotropii Lankforda, wyrażonego wzorem gdzie g0 i b0 oznaczają początkową grubość i szerokość rozciąganej próbki, a g ł b — te same wymiary po jej odkształceniu. Dla cienkich, blach wyznaczanie odkształcenia e3 przez bezpośredni pomiar grubości blachy przed i po odkształceniu jest obarczone znacznym błędem. Dlatego też lepiej jest określać wartości e3 na podstawie pomiaru szerokości i długości próbki, korzystając z warunku stałej objętości materiału. Współczynnik anizotropii oblicza się wówczas za pomocą wzoru gdzie l0 i 1 oznacza ją długości pomiarowej części próbki przed i po odkształceniu. Pomiary b i l przeprowadza się po umownym wydłużeniu próbki, które np. dla blach stalowych tłocznych wynosi około 20%. Wydłużenie to powinno być znacznie mniejsze od wydłużenia równomiernego. Pomiary należy prze-prowadzić co najmniej w dwu miejscach próbki.

Rozpatrywano dotąd materiały mające izotropowe własności plastyczne, a więc materiały, dla których własności te są niezależne od kierunku. Ze względu na anizotropowe własności plastyczne pojedynczego kryształu, izotropowość materiałów polikrystalicznych może zachodzić tylko wtedy, gdy występuje nieuporządkowane ułożenie osi krystalograficznych poszczególnych ziaren. Taki rozkład orientacji ziaren nie zawsze ma -miejsce. W wielu przypadkach pewne ułożenia ziaren występują częściej niż inne, co powoduje anizotropię własności plastycznych materiału. Jeżeli anizotropia jest niewielka, to przyjmuje- się, że materiał ma w przybliżeniu własności izotropowe. Występują jednak również przypadki tak dużej anizotropii własności plastycznych, że wpływa ona znacznie na przebieg kształtowania materiału. Dotyczy to przede wszystkim półwyrobów, które w procesach hutniczych są poddawane odkształcaniu w jednym kierunku. Blachy mogą wykazywać szczególną anizotropię, która charakteryzuje się występowaniem największych różnic własności plastycznych w .trzech n wzajemnie prostopadłych kierunkach — w kierunku walcowania, w kierunku prostopadłym do niego i leżącym w płaszczyźnie blachy oraz w kierunku, normalnym do powierzchni blachy. Przyjmuje się je za główne kierunki anizotropii.

Przy opracowywaniu procesów technologicznych obróbki plastycznej zachodzi konieczność określania wartości odkształceń, jakich dozna materiał podczas jego kształtowania. Jest to niezbędne do określania sił, pracy, przewidywanych zmian własności materiału, jak również do oceny możliwości realizacji rozpatrywanej operacji.

Najczęściej odkształcenia określa się na podstawie znanych wymiarów materiału i wymiarów przedmiotu po kształtowaniu. Postępując tak zakłada się, że:

1)            odkształcenie całego materiału jest jednorodne, to znaczy jednakowe w obrębie całego przedmiotu;

2)            odkształcenie materiału zachodzi pod wpływem obciążenia prostego.

Dokładne spełnienie obu tych warunków występuje stosunkowo rzadko.

Zdarza się to przy jednoosiowym rozciąganiu w zakresie wydłużenia równomiernego, podczas spęczania beztarciowego próbki cylindrycznej, w czasie plastycznego odkształcania powłoki kulistej lub walcowej poddanej działaniu ciśnienia wewnętrznego i w niektórych innych przypadkach obciążenia. Read the rest of this entry »