Rychlost deformace

m k

k_os = _p ⋅ [MPa] (5.2) kde je:

m' ... individuální výraz pro jednotlivé tvářecí operace [-]

Při praktických výpočtech přetvárných sil se střední přetvárný odpor odečítá nejčastěji z nomogramů, grafů nebo tabulek. Ty jsou sestaveny pro různé druhy materiálů a tvářecí teploty, s přihlédnutím k dalším podmínkám tváření, zejména k velikosti přetvoření a přetvárné rychlosti. Křivky deformačních odporů získáme buď experimentálně nebo výpočty.

5.1. Rychlost deformace

Při rozboru vlivu rychlosti přetvoření (deformace) na tvářecí proces je třeba nejdříve zavést způsob jejího určení. Od rychlosti přetvoření musíme odlišit rychlost tváření (nástroje).

Při konstantní rychlosti tváření (zatěžování) je rychlost přetvoření v jednotlivých částech výlisku různá, v závislosti na tvaru výsledného tělesa, tj. složitosti a hloubce výtažku.

Rychlost posuvu jednotlivých dílčích bodů tvářeného tělesa je tedy různá. Při tváření za studena za nízkých rychlostí deformace mez plasticity materiálu roste s velikostí přetvoření v důsledku zpevnění. Avšak při vysokých rychlostech přetvoření může v důsledku tepelného efektu nastat proces zotavení a vlivem toho se mez plasticity materiálu sníží [7, 14].

Čím vyšší je rychlost přetvoření, tím nižší je i příslušná ekvikohezní teplota a naopak.

Tento jev je podstatou vlivu rychlosti přetvoření na velikost přetvárného odporu. Při tváření kovů pod rekrystalizační teplotou vznikají prokluzy uvnitř krystalitů. Proto je za těchto podmínek přetvárný odpor jen poměrně málo závislý na rychlosti přetvoření. Dojde-li však při ekvikohezní teplotě, příslušející použité rychlosti přetvoření, k vyrovnání pevnosti krystalitů s pevností mezikrystalové hmoty, změní se charakter plastické deformace [14].

Ing. Jan Boček 56 2008 Je třeba také rozeznávat rychlost přetvoření vztaženou k rychlosti rekrystalizace nebo k rychlosti základních způsobů trvalých deformací, tj. k rychlosti kluzu a rychlosti dvojčatění. Při vysoké rychlosti přetvoření je čas potřebný k jejímu uskutečnění malý a může být i kratší než čas nutný k obnově struktury rekrystalizací. V tomto případě je přetvárný odpor poměrně vysoký, i když tváření probíhá nad rekrystalizační teplotou. Při malé rychlosti deformace je třeba k jejímu provedení poměrně velký časový úsek, proti němuž bude čas nutný k rekrystalizaci menší. Tentokrát je přetvárný odpor malý a bude málo záviset na rychlosti plastického přetvoření. Vliv rychlosti přetvoření na přetvárný odpor úzce souvisí s teplotou, při níž plastická deformace probíhá. Každý materiál má při dané tvářecí teplotě určitou kritickou poměrnou rychlost přetvoření ckrit, od které se začíná projevovat vliv rychlosti na velikost přetvárného odporu. Naopak když se nedosáhne této kritické deformace, nebude se projevovat vliv rychlosti na přetvárný odpor [14].

5.1.1. Definice rychlosti deformace

Rychlost deformace může být definována buď jako rychlost, kterou se navzájem pohybují dva elementy tvářeného tělesa vzdálené o jednotku délky, nebo jako změna stupně deformace za jednotku času. Proto je rychlost deformace cd dána vztahem (5.3) [2, 5, 14, 16].

( )

K informativnímu zjištění vlivu přetvárné rychlosti na přetvárnou pevnost lze obecně použít empirický vztah (5.4) [16].

Ing. Jan Boček 57 2008 Dalším možným pojmem vyskytujícím se v literatuře a popisujícím vliv rychlosti je tzv. intenzita rychlosti přetvoření (deformace) vyjádřená vzorcem (5.5). Je to vlastně intenzita rychlostí smykových deformací [5, 16]. (respektive σ(ϕ)), kterou pro jednoosou napjatost vyjadřuje vztah (4.12) použitý již v kapitole 4.1.2. Jakmile se poměrná rychlost logaritmického přetvoření přiblíží ke kritické, toto zjednodušení již neplatí (zejména následkem tepelného efektu). Růstem teploty tváření klesá účinek logaritmického přetvoření a roste účinek rychlosti na přetvárný odpor. Při vysokých teplotách (s úplným odpevněním) je už vliv deformace zanedbatelný, a proto platí funkce kp(ϕ˙) respektive σ(ϕ˙), kterou analyticky pro všeobecnou napjatost vyjadřuje vztah (4.15) uvedený v kapitole 4.1.2. Pokud tuto rovnici přepíšeme do tvaru vyjadřujícího vliv příslušných intenzit deformací získáme vztah ve tvaru (5.6) [1, 3, 5].

im in p C

k = ⋅ϕ ⋅ϕ& [MPa] (5.6) kde je:

ϕ˙i ... intenzita poměrné rychlosti logaritmické deformace [-]

φi ... intenzita logaritmické deformace [-]

m ... exponent citlivosti na ϕ˙i [-]

5.1.2. Zjištění rychlosti deformace

Rychlost deformace, definovaná v předchozí kapitole, je důležitým parametrem každé prováděné zkoušky, ať jde o klasickou zkoušku tahem, či o zkoušky vysokými rychlostmi jako je například extrémní tváření výbuchem (jehož doba se měří v milisekundách) nebo rázová zkouška (viz kapitola 4.2). Rychlost deformace lze u jednoduchých případů (jako je například zkouška tahem) nejsnáze stanovit z rychlosti zatěžování vzorku. Tato hodnota je dána nastavenými parametry strojního zařízení, u tahové zkoušky je to tedy rychlost posuvu

Ing. Jan Boček 58 2008 čelistí trhacího stroje. Tvar trhacího diagramu v souřadnicích R-ε názorně ukazuje, že i při stejnoměrném posuvu čelistí je rychlost přírůstku napětí velmi nerovnoměrná v různých fázích zkoušky. V první fázi, kdy již malé prodloužení způsobí velký přírůstek napětí, je nutno zatěžovat pomalu, aby bylo možno jasně odečíst potřebné hodnoty a aby vliv rychlosti chodu stroje na výsledky nepřekročil požadované meze přesnosti zkoušky. V této fázi, která sahá až přes mez kluzu, se chod stroje kontroluje nejlépe měřením rychlosti růstu zatížení. Ve druhé následující fázi rychlých deformací se obvykle pro úsporu času chod stroje značně zrychluje a je účelnější měřit rychlost prodlužování zkušební tyče [2, 7].

Obecně se rychlost zatěžování při tváření v technické praxi měří různými způsoby.

Nejjednodušší, ale ovšem jen hrubé, je měřit stopkami čas od počátku zkoušky až do největšího zatížení, popřípadě až do přetržení. Rychlost deformace je poté spočtena dle vztahu (5.3) jako poměr získané skutečné deformace vzorku a změřeného času. Pro zjištění vlivu rychlosti na tvar DMP je různých rychlostí přetvoření docilováno právě tímto způsobem s využitím různých rychlostí pohybu tažníku. Oproti tomu existují dnes již bezdotykové metody snímání vzorků, které dokáží ze vzniklých deformací v různých místech stanovit okamžité hodnoty hledaných rychlostí deformace. Některé tyto metody byly uvedeny již dříve v kapitole 4.4.4 [2, 7].

5.1.3. Vliv rychlosti deformace na vlastnosti materiálu

Vliv rychlosti přetvoření (viz předchozí části kapitoly 5) na mechanické vlastnosti materiálu je velmi významný. Při pomalém zkoušení se tažnost a kontrakce u většiny kovů mění jen málo. Mez kluzu ocelí stoupá velmi výrazně, takže někdy leží nad mezí pevnosti.

Změny mechanických vlastností (meze pevnosti a meze kluzu) různých materiálů vlivem rychlosti zatěžování jsou znázorněny na zjednodušeném schematickém obrázku Obr. 5.1 [7].

Obr. 5.1: Tvary trhacích diagramů pro různé oceli při dvou rychlostech zatěžování

Ing. Jan Boček 59 2008 Vliv rychlosti je tím menší, čím má kov vyšší bod tání. Za nízkých teplot a při rychlém zatěžování značně klesá u feritických ocelí houževnatost a materiál se přetrhne již bez deformace křehkým lomem. Výjimkou jsou však například již dříve zmíněné TWIP oceli (viz kapitola 3.1.6) [7].

Cílem této disertační práce, je podrobné zkoumání vlivu vysokých rychlostí deformace (zejména pomocí tahové zkoušky a diagramů mezních přetvoření) na vysokopevnostní materiály. Proto by také mělo být jedním z jejich výsledků podpoření či vyvrácení údajů popsaných v této kapitole.