Determinarea unor proprietăţi de plasticitate ale materialelor

Scopul lucrării este acela de a cunoaşte legile ce guvernează procedeele de prelucrare prin deformare plastică.Rezultatele experimentale obţinute şi numeroasele studii realizate au condus la precizarea unor legi general valabile cu privire la deformarea plastică a metalelor şi aliajelor, legi valabile şi aplicabile în proiectarea oricărui proces tehnologic de realizare prin deformare plastică a pieselor.

Aceste legi sunt: legea coexistenţei deformaţiilor elastice cu cele plastice în timpul deformării plastice; legea volumului constant; legea rezistenţei minime; legea apariţiei şi echilibrarii tensiunilor interne şi legea similitudinii.

Legea coexistenţei deformaţiilor elastice cu cele plastice în timpul deformării plastice.Experimental s-a constatat că deformarea plastică a materialelor metalice este însoţită în permanenţă de

o deformare elastică, iar deformarea plastică începe numai după depăşirea unei mărimi limită a deformării elastice.Această lege se poate explica foarte bine pe diagrama tensiune-deformaţie unde se vede ca deformaţia totală εt se compune dintr-o deformaţie elastică εe şi o deformaţie plastică εp fiind data de relaţia: εt= εe+ εp.

Legea volumului constant.În ipoteza unor pierderi minime de tehnologice de material prin ardere(cazul deformării plastice la cald)

sau prin îndesarea materialului cu goluri interioare, se poate considera că volumul materialului rămâne constant în orice etapă a procesului de deformare, deci:

V0=V1=V2=...=Vi=...Vn

Unde i=1,2,3,...,n sunt etapele procesului de deformare plastică.În cazul deformării plastice a semifabricatului iniţial 1, de volum iniţial V0=l0b0h0, cu forţa P, a rezultat după

prima etapă a deformării un corp 2, de volum V1=l1b1h9.Aplicând legea volumului constant, în acest caz se obţine: l0b0h0=l1b1h1 sau α*β*γ=1 unde α=l]/l0-coeficientul de alungire, β=b1/b0-coeficinetul de lăţire, γ=h1/h0-coeficientul de reducere.Această şlege prezintă importanţă practică deosebită, deoarece permite calculul dimensiunilor semifabricatului iniţial pe baza dimensiunilor piesei finite(la aplicarea ei trebuie ţinut cont însă de starea materialului precum şi de condiţiile de deformare).

Legea rezistenţei minime.Deplasarea oricărui punct de material al corpului deformat, situat pe o suprafaţă perpendiculară pe

direcţia forţelor de deformare, se face după distanţa cea mai mică la perimetrul secţiunii.Deoarece distanţa cea mai mică este perpendiculară la perimetrul secţiunii, înseamnă că dintre diferitele posibilităţi de deplasarem punctele respective vor alege pe acela pe care rezstenţa intâmpinată este minimă.Dacă se consideră un corp de forma unei prisme pătrate drepte(fig 9.3) supus deformării cu forţa P, punctele A i aflate pe direcţie perpendiculară

Determinarea unor proprietăţi de plasticitate ale materialelor

pe directia de acţionare a forţei P, se vor deplasa pe direcţie perpendiculară pe laturile secţiunii(cele aflate pe diagonala Bi, se vor deplasa în acelaşi mod, spre una din laturile vecine dar în nici un caz în lungul diagonalei).

În majoritatea cazurilor , din considerente de rezistenţa materialului ,deformarea plastică trebuie făcută în mai multe etape(treceri).Determinarea numărului de treceri n se face pornind de la definirae gradului de reducere γi, dat de relaţia: γi=Si/Si-1; γt=γ1*γ2* γ3*... γn=Sn/S0.

Legea apariţiei şi echilibrării tensiunilor interne suplimentare.În timpul deformării plastice, în interiorul materialului apar tensiuni care se opun deformării(conform

principiului acţiunii şi reacţiunii) şi care tind să se echilibreze reciproc.Dacă se analizează deformarea cu forţa P, a unui semifabricat cilindric(fig 9.4) în diferite secţiuni se constată că, din cauza forţelor de frecare la interferenţa sculă de deformare-material deformat, deformaţiile vor fi diferite pe secţiuni(suprafaţa S1 va suferi o deformaţie mai mică decât suprafaţa S2).

De asemenea, grăunţii cristalini deformaţi plastic caută să antreneze şi grăunţii nedeformaţi aceştia cautând să frâneze deformarea pieselor, între ei apărând tensiuni interioare de sens contrar, care se echilibrează după înlăturarea forţei care a produs deformarea.

În concluzie cauzele apariţiei acestor tensiuni se datorează acţiunii sculei, frecării la interfaţa suclă.material, încălzirii neuniforme a meterialului, neomogenizării compoziţiei chimice şi a proprietăţilor mecanice ale materialului, frânării, dislocaţiilor etc.Tensiunile interne produse şi rămase în piesă, se pot adăuga tensiunilor produse la prelucrărilor ulterioare sau în timpul eploatării ei, putându-se depăşi rezistenţa la rupere a meterialului şi apariţia de fisuri sau crăpături.

Determinarea unor proprietăţi de plasticitate ale materialelor

Legea similitudinii.Spune ca pentru aceleaşi condiţii de deformare, la două corpuri geometric asemenea, cu aceeaşi

compoziţie chimică, aceiaşi structură şi aceleaşi caracteristici mecanice, presiunile specifice de deformare pm şi respectiv pf sunt egale între ele, raportul forţelor de deformare pm si respectiv pf este egal cu pătratul raportului mărimilor liniare caracteristice lm şi respectiv lf, iar raportul lucrului mecanic necesar schimbării formei Wfm şi respectiv Wff este egal cu cubul raportului mărimilor liniare caracteristice.

Legea se exprimă prin relaţiile: pm=pf; pm/pf=(lm/lf)2; Wfm/Wff=(lm/lf)3, în care indicele „m” se referă la model, iar indicele „f” se referă la piesa finită.Deoarece sunt greu de satisfăcut simultan toate condiţiile de mai sus, legea se poate aplica folosindu-se anumiţi coeficienţi de corecţie care să ţină seama de factorul geometric şi factorul structural.

Utilajul folosit.Pentru a verifica Legea volumului constant şi Legea minimei rezistenţe se va utiliza o presă hidraulică

pentru încercări mecanice prezentată în figura 9.6.

Modul de lucru.Experimentul nr.1:

Determinarea unor proprietăţi de plasticitate ale materialelor

Se va verifica mai intai Legea minimei rezistenţe utilizând ca procedeu de deformare plastică o operaţie de bază a forjării libere numită refulare.Se supune refulării o epruvetă prismatică confecţionată dintr-un aliaj neferos, uşor deformabil(fig 9.3).Utilizand presa hidraulică din figura 9.5 se va nota forţa maximă de deformare Fd.Se vor schiţa formele probei în cele două stadii(înainte şi după deformare) şi se vor măsura dimensiunile acestora.

Experimentul nr.2:Se va verifica Legea volumului constant folosind un alt procedeu de deformare plastică şi anume

extrudarea.Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică a materialelor ce constă în trecerea forţată, prin împingerea materialului printr-un orificiu al unei scule de deformare de formă şi dimensiuni stabile.Dimensiunile secţiunii sculei de deformare sunt mult mai mici decat dimensiunile secţiunii materialului iniţial.

Figura 9.6 prezintă schema de principiu la extrudarea directă.

Figura 9.7 prezintă distribuţia forţelor pe pereţii laterali ai matriţei şi pe partea frontală a pistonului.

Cele patru stadii de deformare sunt bine diferenţiate în funcţie de variaţia forţei de deformare P, o data cu deplasarea pistonului şi sunt puse în evidenţă în figura 9.8

Experimentul nr.3:

Determinarea unor proprietăţi de plasticitate ale materialelor

Utilizând o instalaţie de îndoire a tablelor se va verifica Legea coexistenţei deformaţiilor elastice şi plastice.Se supune îndoirii o probă dreptunghiulară din tablă subţire din două materiale diferite(figura 9.8).Semifabricatul iniţial 1, de grosime s se aşează pe matriţa de îndoit 2 prevăzută cu rază de racordare rm şi cu ajutorul poansonului 3, pervăzut tot cu rază de racodare rp este deformat rezultând produlul 4.

Se va observa fenomenul revenirii elastice în scopul sesizării legii coexistenţei deformaţiilor plastice şi elastice.Se vor măsura unghiurile C şi α1 pe rând pentru fiecare probă şi se va calcula mărimea revenirii elastice Ae

cu expresia: Ae= α1- α.