При штамповке листового металла в ряде случаев имеют место явления, связанные со свойствами металла и сказывающиеся на качестве отштампованных деталей: появление линий течения, сезон­ное растрескивание и старение.

Линии течения. В условиях двухосного растяжения при малых деформациях на поверхности детали появляются полосы, как следы местного утонения, расположенные хаотически («гусиные лапки»). Такие линии называют линиями течения в отличие от линий скольжения (рис. 1.3). Линии скольжения имеют определенную конфигурацию, соответствующую данному полю напряжений. У листового металла они проявляются при разноименных схемах напряженного состояния, при которых максимальное касательное напряжение расположено в площадках, перпендикулярных или наклоненных к поверхности листовой заготовки.

Рис. 13. Линии скольжения

Линии течения проявляются при двух­осном одноименном напряженном состоя­нии, когда в плоскости заготовки все на­правления являются главными, а площадки с максимальным касательным напря­жением расположены под углом 45° к поверхности заготовки. Именно поэтому линии течения имеют хаотический вид, отражая неоднородность свойств металла в плоскости заготовки, а не поля напряжений.

Линии течения портят поверхность детали, например, при штам­повке облицовочных деталей автомобиля, которые должны быть гладкими, и вынуждают перед окраской проводить дополнительные грунтовочные работы, с тем, чтобы сделать следы местного утонения в линиях течения невидимыми в готовой детали.

Линии течения появляются при штамповке из металлов, имеющих площадку текучести при испытании на растяжение (низкоуглеродис­тая сталь, молибден, латуни, нейзильбер). Площадка текучести соответствует нарастанию пластической деформации при постоянном деформирующем усилии. Чем больше площадка текучести, тем в большей степени могут проявляться линии течения.

Существуют несколько гипотез, объясняющих появление площад­ки текучести, из которых наибольшей наглядностью обладают гипоте­за скелетной сетки и гипотеза, связанная с «облаками Коттрелла».

По обеим этим гипотезам образование площадки текучести объяс­няется снижением сопротивления отдельных зерен в начале их плас­тического деформирования. Так как в первую очередь деформация возникает в зернах с благоприятным ориентированием плоскостей скольжения, то при снижении сопротивления деформированию этих зерен при том же усилии нагрузка на остальные зерна возрастает, и в пластическое состояние включаются зерна с менее благоприятным ориентированием плоскостей скольжения. Этот процесс может продол­жаться до перехода в пластическое состояние всех зерен заготовки, что соответствует окончанию деформации на площадке текучести и началу деформирования с упрочнением, при котором для продолжения пластического деформирования требуется монотонное увеличение деформирующего усилия.

При гипотезе скелетной сетки считается, что оболочки зерен содержат повышенное количество примесей и имеют большее сопро­тивление деформированию, чем само зерно. Растрескивание этих оболочек в начальной стадии деформирования выключает их из сопротивления деформированию самих зерен (без оболочек).

По второй гипотезе считается, что благодаря силовому взаимодей­ствию полей, созданных дислокациями и инородными атомами, последние концентрируются вокруг дислокаций («облака Коттрелла»), что приводит к уменьшению потенциальной энергии, накоп­ленной в зернах.

Начало пластической деформации сопровождается движением дислокаций, которые должны выйти из окружающего их облака инородных атомов. Извлечение дислокаций из этих «облаков» требу­ет больших усилий, чем последующее их движение, что и приводит к снижению сопротивления деформации зерен в начальной стадии деформирования.

Величина площадки текучести, а следовательно, и линий течения при прочих равных условиях увеличивается с уменьшением размеров зерен и увеличением скорости деформирования. Однако регулирова­ние величины линий течения изменением размеров зерен и скорости деформирования нерационально. Наиболее рационально для устране­ния линий течения предварительное (до штамповки) деформирование листового металла, обеспечивающее величину деформации несколько большую, чем деформация в пределах площадки текучести. Эту деформацию обеспечивают или холодной прокаткой с малыми обжа­тиями («дрессировка») или гибкой в специальных вальцах типа правильных, но с регулируемым изгибом.

Этими мерами можно предупредить образование линий течения, но следует помнить, что они обеспечивают лишь временное устранение площадки текучести.

За счет диффузионных и релаксационных процессов может произойти изменение строения зерен, при котором опять появится площадка текучести. Восстановление площадки текучести после «дрессировки» происходит медленнее, а после изгиба площадка текучести может поя­виться через несколько часов. Поэтому применять гибку для устранения линий течения желательно непосредственно перед штамповкой.

Сезонное растрескивание. Впервые это явление было обнаружено на латунных гильзах снаряженных патронов при их хранении. Са­мопроизвольно, без воздействия внешних сил, на гильзах образовыва­лись трещины, причем чаще это наблюдалось весной и осенью.

В результате исследований было выявлено, что сезонное растрес­кивание происходит вследствие того, что в результате межкристаллитной коррозии нарушается спаянность зерен и поэтому остаточных напряжений первого рода оказывается достаточно для разрушения ослабленного коррозией изделия. Для латуней реагентом, существенно ускоряющим межкристаллитную коррозию, являются пары аммиака, содержание которых в воздухе увеличивается в более влажные осенние и весенние периоды. Вероятность растрескивания можно уменьшить путем снятия остаточных напряжений, которые не только создают разрушающие (растягивающие) силы, но и существенно ускоряют протекание межкристаллитной коррозии.

В тех случаях, когда, например, для гильз, недопустимо уменьшение прочностных свойств металла, созданных упрочнением при холодной деформации, рекристаллизационный отжиг исключается и рациональной термообработкой является возврат, снимающий оста­точные напряжения первого рода и почти не сказывающийся на прочностных характеристиках изделия.

Вторым способом борьбы с сезонным растрескиванием является нанесение на поверхность изделия защитных пленок (лаки, пластмас­са), уменьшающих контакт поверхностей деталей с атмосферой.

Сезонное растрескивание наблюдается не только в латунях, но и во многих других металлах и сплавах. Даже в аустенитной, коррози­онно-стойкой стали, межкристаллитная коррозия может иметь место, особенно при повышении температур до 400 °С. Воздействовать на интенсивность межкристаллитной коррозии можно изменением химического состава. В частности, в аустенитных сталях уменьшение содержания углерода и дополнительное легирование титаном (08Х18Н10Т; 12Х18Н10Т) делает эти стали несклонными к межкрис­таллитной коррозии, а, следовательно, и к сезонному растрескиванию.

Старение. Оно заключается в том, что с течением времени проч­ностные свойства металла увеличиваются, а характеристики плас­тичности уменьшаются.

Старение связано с диффузионными процессами, в результате которых происходит накопление препятствий движению дислокаций. Такими препятствиями могут быть скопление инородных атомов вокруг дислокаций, выделение субмикроскопических объемов твердого раствора с резко повышенной концентрацией растворенного компо­нента и т. п.

Упрочнение и соответствующее увеличение накопленной потенци­альной энергии облегчает протекание диффузионных процессов и способствует интенсификации процесса старения. Различают есте­ственное старение, происходящее при комнатной температуре, и искусственное (термическое) старение при нагреве.

При холодной штамповке естественное старение может сказаться на допустимой деформации и привести к увеличению брака по разры­вам.

В сталях интенсивность старения возрастает с увеличением содер­жания кислорода и азота. Установлено, что азот оказывает большее влияние на старение, чем углерод, вследствие его более высокой растворимости в феррите при комнатной температуре и большей скорости диффузии.

Присадка алюминия уменьшает склонность сталей к старению благодаря тому, что азот и кислород, взаимодействуя с алюминием, образуют нитриды и оксиды, которые не могут перемещаться в ре­шетке феррита.