Deformarea plastică severă a aliajelor prin metoda equal channel angular extrusion

Introducere

În prezent, tehnologiile care implică procese de deformare plastică severă a aliajelor metalice, în special a celor fără aport termic, sunt în plină dezvoltare. Avântul acestor procedee de realizare directă a unor produse cu geometrie complexă este determinat, în primul rând, de nivelul atins de știința materialelor, de condițiile generate de criza globală a resurselor materiale și de necesitatea obiectivă de protejare a mediului. [12]

Prelucrabilitatea plastică este o calitate indispensabilă procesării aliajelor metalice prin deformare plastică. Această calitate este strâns legată de proprietățile materialelor, de structura și configurația sculelor și dispozitivelor, precum și de regimurile de lucru. [65] Există mai multe căi pentru evidențierea prelucrabilității plastice a aliajelor metalice. Dintre acestea, două sunt cele mai utilizate în prezent, si anume: metode experimentale și metode de simulare numerică. [49]

Metodele experimentale au fost și rămân sursa de bază de colectare a informațiilor privind deformabilitatea plastică a aliajelor metalice, în condiții prestabilite de formă și dimensiune. Cercetările științifice teoretice și experimentale în domeniul științei materialelor, s-au concentrat în ultimii ani pe îmbunătățirea caracteristicilor mecanice ale aliajelor metalice, prin procedee mecanice de deformare plastică severă. [15]

Procesarea materialelor prin metode de deformare plastică severă poate fi cu ușurință încadrată în categoria investițiilor de capital cu risc înalt. Interesul pentru materialele nanostructurate în volum este justificat de proprietățile fizice și mecanice deosebite obținute în cadrul produselor metalice care posedă asemenea structuri. [64]

Procesarea prin deformare plastică severă reprezintă totalitatea procedeelor de prelucrare a materialelor, prin intermediul cărora, în volumul materialului supus procesului sunt dezvoltate deformații plastice foarte mari, în scopul de a se crea structuri cu grăunți ultrafini (UFG) sau de dimensiuni nanometrice (NG). Această metodă de procesare poate crea nanostructuri uniforme în întreg volumul de material al metalului deformat, având certitudinea obținerii unor proprietăți superioare bine stabilite și fără a-i fi periclitată integritatea mecanică în timpul deformării. [48]

Obiectivul principal al proceselor de deformare plastică severă este de a se obține piese și componente cu proprietăți de rezistență mecanică superioare, dar cu dimensiuni și greutate specifică reduse, fără a provoca alterarea condițiilor de mediu. [17]

1. CONSIDERAȚII TEORETICE ASUPRA PROCESULUI DE DEFORMARE PLASTICĂ SEVERĂ

1.1. Noțiuni generale

Sub acțiunea unor forțe exterioare metalele și aliajele pot suferi deformări elastice și deformări plastice.

Deformarea elastică a materialelor și aliajelor se menține numai în timpul acțiunii unor forțe exterioare capabile să le modifice forma și dimensiunile. La înlăturarea acestor forțe metalul sau aliajul revine la forma și dimensiunile inițiale. [51]

Deformarea plastică a metalelor și aliajelor se produce numai la o animită valoare a forțelor exterioare. Această deformare se menține și după indepărtarea forțelor care a provocat-o.

Metalele și aliajele sunt corpuri solide deformabile care au însușiri elastice și plastice. De aceea, la prelucrarea metalelor prin lovire sau presare ,deformarea plastică este precedată întotdeauna de deformarea elastica. După înlăturarea forței exterioare, deformarea elastică se recuperează și rămîne numai deformarea plastică. La prelucrarea prin deformarea plastică, metalele și aliajele se deformează, în principal, prin două mecanisme, și anume: alunecarea si maclarea. [41]

Alunecarea în rețelele cristaline constă în deplasarea în întregime a unei părți de cristal, în raport cu altele, pe planele de maximă densitate de atomi, numite plane de alunecare, și în direcțiile de alunecare pe care atomii au așezarea cea mai densă. La alunecare, deplasarea se face cu un multiplu întreg de distanțe atomicesi pe un număr mic de plane atomice (1 pînă la 100 plane atomice), fără a distruge coeziunea dintre părțile alăturate ale cristalului. [63] Alunecarea se întâlnește la deformarea monocristalelor și agregatelor policristaline unui număr mare de metale si aliaje în timp ce maclarea are loc numai în cazul anumitor metale și aliaje.

La monocristale, planele de alunecare au aceeași direcție, în schimb la policristale, (adică la metale, și aliaje industriale), direcția planelor de alunecare diferă de la un cristal la altul. Datorită orientării diferite a planelor de alunecare de la un grăunte cristalin la altul, a neomogenității chimice și structurale și a altor factori, procesele de deformare plastică a agregatelor policristaline sînt mult mai complexe decît la monocristale. [6] La început solicitării metalelor și aliajelor mai întâi se deformează cristelele a căror plane și direcții de alunecare se apropie cel mai mult de planele înclinate la 45 față de direcția forței. Pe măsură ce deformarea continuă, alunecarea se produce și în alte plane cu o înclinare mai puțin favorabilă față de direcția solicitării. [88] Din acest punct de vedere plasticitatea metalelor este determinată de capacitatea lor de a produce plane de alunecare. Cu cît un metal are mai multe plane de alunecare, cu atât plasticitatea lui este mai ridicată. [41]