Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов - ABCD42.RU

Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов

Пластическая деформация материалов

Пластическая деформация – эффективный инструмент формирования структуры различных материалов. На ее особенностях основаны технологии обработки давлением, придание материалам особых свойств, создание наноматериалов.

Понятие деформации

Под термином «деформация» понимаются любые изменения структуры, формы, размеров тел. Она происходит под влиянием напряжений — сил, которые действуют на единицу площади сечения заготовок или деталей. Деформация металла обусловлена:

  • внешними силами;
  • усадкой;
  • структурными превращениями;
  • внутренними физико-механическими процессами.

Примеры прилагаемых к телу нагрузок:

  • сжатие – нагрузка прикладывается соосно по направлению к телу;
  • растяжение – возникает при продольном от тела приложении нагрузки (соосно или параллельно плоскости, в которой находятся точки крепления тела);
  • изгиб – нарушение прямолинейности главной оси тела;
  • кручение – возникает при приложении к телу крутящего момента.

Механизм и виды деформирования изучаются материаловедением, физикой твердого тела, кристаллографией.

Твердые тела подвержены двум видам деформации:

  1. упругой;
  2. пластической.

В таблице приведены сравнительные характеристики этих явлений.

· в структуре возникают остаточные изменения;

Пластическое деформирование ведет к модификациям в структурах металлов и их сплавов, а, следовательно, к изменениям их свойств.

Механизм возникновения

Возникновение пластической деформации обусловлено процессами, имеющими кристаллографическую природу: скольжением; двойникованием; межзеренным перемещением.

Скольжение

Происходит под воздействием касательных напряжений. Проявляется в виде перемещения одной части кристалла относительно другой. Этот процесс, в пределах кристалла, называется линейной дислокацией. Когда линейная дислокация выходит из кристалла, на его поверхности возникает ступенька, равная одному периоду решетки. Увеличение напряжения ведет к перемещению новых атомных плоскостей. Образуются новые ступеньки единичных сдвигов на поверхности кристалла. Чтобы дислокация продвинулась, не требуется разрывать все атомные связи в плоскости скольжения. Межатомная связь разрывается только в краевой зоне дислокации.

Современная теория основана на положениях:

  • последовательность распространения скольжения в плоскости сдвига;
  • место возникновения скольжения – это область нарушения кристаллической решетки, возникающая при нагружении кристалла.

Одно из свойств металла – теоретическая прочность. Ее используют для характеристики сопротивления пластическому деформированию. Она определяется силами межатомных связей в кристаллических решетках и значительно превышает реальную. Так для железа прочность:

  • 30 кг/мм — реальная;
  • 1340 кг/мм — теоретическая.

Различие вызвано тем, что для движения дислокации разрушаются лишь связи между атомами, находящимися у края дислокации, а не все атомные связи. Для этого необходимы меньшие усилия.

Двойникование

Это процесс образования в кристалле областей с закономерно измененной ориентацией кристаллической структуры. Двойникованием достигается незначительная степень деформации.

Двойниковые образования возникают по одному из двух механизмов:

  • являются зеркальной переориентацией структуры матрицы (материнского кристалла) в некоторой плоскости;
  • путем поворота матрицы на определенный угол вокруг кристаллографической оси.

Двойникование свойственно кристаллам, имеющим решетки:

  • гексагональную (магний, цинк, титан, кадмий);
  • объемно-центрированную (железо, вольфрам, ванадий, молибден).

Склонность к нему повышается при увеличении скорости деформации и снижении температуры.

Двойникование в металлах с кубической гранецентрированной решеткой (алюминий, медь) — результат отжига заготовки, которая подверглась пластическому деформированию.

Межзеренное перемещение

Такое изменение структуры материала идет вод воздействием растягивающего усилия. Процесс, в первую очередь, начинается в зерне, в котором направление легкого скольжения совпадает с направлением действия нагрузки. Это зерно будет растягиваться. Соседние зерна при этом будут разворачиваться до того момента, когда в них направление легкого скольжения также совместится с направлением силы. После они начнут деформироваться.

Результат межзеренного перемещения – волокнистая структура материала. Его механические свойства неодинаковы в разных направлениях:

  • пластичность выше в направлении, параллельном действию растягивающего усилия, чем в перпендикулярном направлении;
  • прочность имеет высокие показатели поперек приложению усилия, в продольном направлении – показатели ниже.

Эта разница свойств называется анизотропия

Виды пластической деформации

В зависимости от температуры и скорости процесса различают такие виды пластической деформации:

  1. Холодную.
  2. Горячую.

Одно из определяющих понятий — температура рекристаллизации. Она соответствует наименьшей температуре нагрева, при которой возможно возникновение новых зерен и определяется температурой плавления металла по формуле:

Холодная деформация. Наклеп

Холодная деформация проходит при температурах, ниже tрек. В ее результате возникает искажение кристаллической структуры материала. Все зерна растягиваются в одном направлении. Растет прочность, а свойства пластичности снижаются. Это упрочнение называется наклеп (нагортовка). Он может быть:

  • полезным — наклепанный слой формируется специально, например в дробеметных машинах, накатыванием поверхностей роликами или шариками, чеканкой бойками, гидроабразивными методами;
  • неумышленным (вредным) – возникает при воздействии на металл существенных давлений со стороны обрабатывающего инструмента.

Причина наклепа заключается в развороте плоскостей скольжения и усилении искажений кристаллической решетки. Упрочненный, наклепанный металл быстро вступает в химические реакции, хорошо корродирует и склонен к коррозионному растрескиванию. Деформировать его затруднительно. Но наклеп повышает свойство сопротивления усталости.

В прокатном производстве этот тип деформации применяется для обработки давлением пластичных металлов, заготовок с малым сечением. Такие методы, как штамповка и волочение, позволяют достичь требуемой чистоты поверхности и обеспечить точность размеров.

Устранить изменения в структуре, которые появляются при холодной деформации, возможно термообработкой (отжигом).

При отжиге подвижность атомов повышается. В металле из множественных центров вырастают новые зерна, которые заменяют вытянутые, деформированные. Они характеризуются одинаковыми размерами во всех направлениях. Это эффект называется рекристаллизацией.

Горячая деформация

Горячая деформация имеет такие характерные признаки:

  1. Температура, выше tрек.
  2. Материал приобретает равноосную (рекристаллизованную) структуру.
  3. Сопротивление материала деформированию ниже в десять раз, чем при холодной.
  4. Отсутствует упрочнение.
  5. Свойства пластичности более высокие, чем при холодной.

Благодаря этим обстоятельствам, технологии горячей деформации применяются при обработке давлением крупных заготовок, малопластичных и сложно деформируемых материалов, литых заготовок. При этом используется оборудование меньшей мощности, чем для холодной деформации.

Недостаток процесса — возникновение окалины на поверхности заготовок. Это снижает показатели качества и возможность обеспечения требуемых размеров.

Процессы, после которых структура образцов рекристаллизована частично с признаками упрочнения, называются неполной горячей деформацией. Она является причиной неоднородности структуры металла, пониженных механических и пластических характеристик. Регулированием соответствия скорости деформирующего воздействия и рекристаллизации, можно достичь условий, при которых рекристаллизация распространится во всем объеме обрабатываемой заготовки.

Рекристаллизация начинается после окончания деформирования. При значительных температурах описанные явления происходят за секунды.

Таким образом, особенности воздействия холодной деформации используются для улучшения рабочих характеристик изделий. Сочетанием горячей и холодной деформаций, режимов термообработки можно воздействовать на изменение этих свойств в требуемых пределах.

Интенсивная пластическая деформация

Получить беспористые объемные металлические наноматериалы можно технологиями интенсивной пластической деформации (ИПД). Их суть заключается в деформировании металлических заготовок:

  • при относительно небольших температурах;
  • при повышенном давлении;
  • с высокими степенями деформации.

Это обеспечивает формирование гомогенной наноструктуры с большеугловыми границами зерен. Вопреки интенсивному воздействию, образцы не должны получать механические повреждения и разрушаться.

  1. кручение (ИПДК);
  2. разноканальное угловое прессование;
  3. всесторонняя ковка;
  4. мультиосевое деформирование;
  5. знакопеременный изгиб;
  6. аккумулированная прокатка.

Первые работы по созданию наноматериалов выполнены в 80х-90х годах ХХ века с использованием методов кручения и разноканального прессования. Первый метод применим для небольших образцов – получаются пластинки диаметром 10…20 мм и толщиной до 0,5 мм. Для того чтобы получить массивные наноконструкции используется второй метод, в основу которого положена деформация сдвигом.

Читайте также  Познавательные и психологические процессы

Методы пластической деформации позволяют получать заготовки из стали, сплавов цветных металлов и других материалов (резина, керамика, пластмассы).

Они высокопроизводительные, позволяют обеспечить требуемое качество получаемых изделий, улучшить их механические свойства.

Холодная пластическая деформация и рекристаллизация

Одним из способов управления уровнем прочности и структурой сплавов является холодное пластическое деформирование. В металле (сплаве) этот процесс осуществляется посредством сдвига одних частей кристалла относительно других. Основным способом реализации сдвига в металлах и сплавах при пластической деформации является скольжение, которое происходит путем передвижения дислокаций. Такой механизм называется сдвигово-дислокационным: под действием касательных напряжений происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой по кристаллографическим плоскостям, наиболее плотно упакованным атомами.

В монокристалле при пластическом деформировании, когда плоскость скольжения параллельна направлению касательного напряжения, упрочнения не происходит: дислокации перемещаются на большие расстояния, обеспечивая деформацию без значительного увеличения напряжений. Эту начальную стадию пластического деформирования называют стадией легкого скольжения (I на рис. 11.1).

С увеличением степени деформации скольжение распространяется на другие кристаллические плоскости и возникает множественное скольжение. На стадии II (см. рис. 11.1) дислокации перемещаются в пересекающихся плоскостях, образуя сложную дислокационную структуру. На этой стадии плотность дислокаций возрастает по сравнению с исходным состоянием, достигая значений 10 11 . 10 12 см2. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями сопротивление движению значительно возрастает, поэтому для их продвижения требуется значительное увеличение прикладываемых сил.

Стадия III наступает в том случае, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

Формирование вытянутых зерен в металле, т. е. ориентированной структуры, приводит к анизотропии механических свойств.

Анизотропия механических свойств — различие в уровне свойств в продольном и поперечном направлениях изделий (заготовок), а также по толщине (в направлении высоты).

Упрочнение материала в результате холодной пластической деформации называется наклепом.

В некоторых сплавах при степени деформации более 50. 70 % временное сопротивление при растяжении (в продольном направлении) и твердость увеличиваются в 1,5—2 раза, а предел текучести — в 3—5 раз. Упрочнение сопровождается резким снижением пластичности: относительное удлинение — в 10—20 раз, иногда в 30—40 раз.

Свойства холоднодеформированного металла можно регулировать при последующих нагревах. В зависимости от температуры различают несколько стадий последеформационного нагрева, отличающихся специфическими изменениями структуры и, соответственно, механических свойств:

— возврат — на этой стадии не происходит изменения зеренной структуры и плотности дислокаций, поэтому прочность изменяется незначительно (рис. 11.4);

— рекристаллизация — процесс формирования и роста в деформированном сплаве новых зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных новыми большеугловыми границами. Стадия, в результате которой все деформированные зерна заменяются на равноосные, называется первичной рекристаллизацией.

Изменение структуры при первичной рекристаллизации приводит к значительному снижению прочности и твердости металла и повышению пластичности (см. рис. 11.4).

Температуру начала рекристаллизации называют температурой рекристаллизации Tp (К) или tp (°C).

Температура рекристаллизации одного и того же сплава может изменяться в зависимости от:

• степени чистоты металла, или суммарного содержания примесей, в исходном состоянии;

• степени предшествующей деформации (процесс деформирования);

• времени отжига (технология последеформационного нагрева).

Значения Tp тем ниже, чем ниже содержание примесей, больше степень деформации, длительнее нагрев. Температуру рекристаллизации Tp, К, определяют по формуле А.А. Бочвара:

где k — коэффициент, зависящий от чистоты металла и степени легирования.

Для технически чистых металлов и сплавов температура Tр составляет 0,25. 0,30Тпл. Для технически чистых металлов и сплавов со степенью деформации 60. 70 % Tр составляет 0,3. 0,4Тпл, для высоколегированных сплавов со структурой твердых растворов Tр возрастает до 0,5. 0,67пл. В практике термообработки температуру рекристаллизации принято измерять в градусах Цельсия и обозначать tр.

Для осуществления рекристаллизации и снятия наклепа проводят специальную термическую обработку, называемую рекристаллизационным отжигом. При такой термообработке, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания, холоднодеформированный сплав нагревают до температуры tотж, превышающей температуру рекристаллизации:

При дальнейшем нагреве протекает стадия собирательной рекристаллизации — стадия последеформационного нагрева, во время которой увеличиваются размеры рекристаллизованных зерен (см. рис. 11.4).

При последеформационном нагреве можно регулировать размер зерна, который является очень важной структурной составляющей, определяющей свойства сплава. Размер зерна d, мкм, зависит от технологических параметров деформирования и последующего рекристаллизационного отжига. При постоянных температуре t и времени т рекристаллизационного отжига на размер зерна влияет степень деформации е на стадии холодного деформирования (рис. 11.5).

Пластическая деформация наклеп и рекристаллизация металлов

Лабораторная работа № 4

Цель пластической деформации, адгезии и рекристаллизации металла

  • 1. Изучить влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металла.
  • 2. Изучить влияние нагрева на свойства деформированных металлов.

Оборудование и материалы для выполнения работ

  • 1. Нагревательная печь с термопарой и автоматическим устройством для контроля температуры.
  • 2. Пневматический ковочный молоток.
  • . Твердомер по Бринеллю ТШ-2.
  • 4. Технически образец чистой меди.
  • 1. Понять основные правила работы.
  • 2. Выполнить экспериментальную часть работы.
  • 3. Проанализируйте полученные результаты и сделайте необходимые выводы на основе теоретического материала.
  • 4. Выполните одно из заданий (согласно указаниям учителя) и объясните решение.

Ключевой момент. Пластическая деформация металла. Наиболее важным и наиболее характерным свойством металла является его способность подвергаться деформации (изменению формы и размера) без разрушения пластика.

В сочетании с высокой прочностью это свойство делает металлы незаменимыми для современных технологий.

Деформация, которая исчезает после разгрузки, является упругой деформацией. Часть деформации, которая остается после разгрузки, является пластической деформацией. Чем больше остаточная деформация металла до разрушения, тем выше пластичность. При упругой деформации под действием внешних сил расстояние между атомами изменяется, и в кристаллической решетке появляются дополнительные силы притяжения или отталкивания.

Когда нагрузка снимается, причина изменения межатомного расстояния устраняется, атом возвращается в исходное положение под действием дополнительной силы между ними, и упругая деформация исчезает.

Гораздо сложнее процесс пластической деформации, возникающий при напряжении, превышающем предел упругости металла. В конечном счете, пластическая деформация — это смещение одной части кристалла относительно другой. Каков механизм этого процесса? Естественно предположить одновременное смещение всех атомов в одном слое относительно атомов в соседнем слое вдоль плоскости сдвига так бумага скользит в пачке бумаги по мере смещения вершины. это.

Усилие, которое необходимо приложить для достижения такого сдвига, может быть рассчитано, и, таким образом, может быть определена теоретическая сила. Такие расчеты были сделаны Я.И. Оказывается, что прочность Френкеля и железа должна быть равна 1300 кгс / мм2, но на самом деле предел прочности железа составляет 15 кгс / мм2, или 1/100. Объяснение фактического механизма процесса сдвига дает теория дислокаций, особый вид линейных дефектов (дефектов) в кристаллической решетке.

Концепция дислокаций была введена в физике металлов для объяснения несоответствия наблюдаемой и теоретической прочности кристаллов и для объяснения механизма скольжения атомных слоев при пластической деформации кристаллов.

Если концепция дислокаций была спекулятивной в начале развития этой теории, было получено прямое доказательство их существования, и в настоящее время существует множество наблюдений за дислокациями.

Самым простым и очевидным способом образования дислокаций в кристалле является сдвиг.

Если скольжение происходит только в части поверхности скольжения и охватывает область ABCD, граница AB между областью, где скольжение уже произошло, и невозмущенная часть поверхности скольжения становится дислокацией. Плоскость атома, перпендикулярная плоскости скольжения и проходящая через AB, является дополнительной плоскостью, а дислокация AB является краевой дислокацией, представленной знакомым.

Читайте также  Приемы товарной обработки плодов

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

50. Пластическая деформация. Наклёп и рекристаллизация.

Особенности деформации поликристаллических тел.

Рассмотрим холодную пластическую деформацию поликристалла. Пластическая деформация металлов и сплавов как тел поликристаллических, имеет некоторые особенности по сравнению с пластической деформацией монокристалла.

Деформация поликристаллического тела складывается из деформации отдельных зерен и деформации в приграничных объемах. Отдельные зерна деформируются скольжением и двойникованием, однако взаимная связь зерен и их множественность в поликристалле вносят свои особенности в механизм деформации.

Плоскости скольжения зерен произвольно ориентированны в пространстве, поэтому под влиянием внешних сил напряжения в плоскостях скольжения отдельных зерен будут различны. Деформация начинается в отдельных зернах, в плоскостях скольжения которых возникают максимальные касательные напряжения. Соседние зерна будут разворачиваться и постепенно вовлекаться в процесс деформации. Деформация приводит к изменению формы зерен: зерна получают форму, вытянутую в направлении наиболее интенсивного течения металла (поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации). Изменение структуры при деформации показано на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Изменение структуры при деформации: а) до деформации; б) после обжатия на 35%; в) после обжатия на 90%.

Металл приобретает волокнистое строение. Волокна с вытянутыми вдоль них неметаллическими включениями являются причиной неодинаковости свойств вдоль и поперек волокон. Одновременно с изменением формы зерен в процессе пластической деформации происходит изменение ориентировки в пространстве их кристаллической решетки.

Когда кристаллические решетки большинства зерен получают одинаковую ориентировку, возникает текстура деформации.

Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп

Текстура деформации создает кристаллическую анизотропию, при которой наибольшая разница свойств проявляется для направлений, расположенных под углом 45 o друг к другу. С увеличением степени деформации характеристики пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость) уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести, предел прочности) и твердость увеличиваются (рис. 8.2). Также повышается электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность, магнитная проницаемость.

Рис.8.2. Влияние холодной пластической деформации на механические свойства металла

Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют деформационным упрочнением или наклепом.

Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций:

Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений.

Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. Переход к равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов.

При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго.

При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация.

Возврат. Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки

Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре

..

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций.

При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков в стенки, деление зерна малоугловыми границами (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном металле; б – дислокационные стенки после полигонизации.

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный.

Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15) % и повышается пластичность (рис.8.4). Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается (рис.8.5 а). Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

Рис. 8.4. Влияние нагрева деформированного металла на механические свойств

Рис. 8.5. Изменение структуры деформированного металла при нагреве

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность.

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Движущей силой первичной рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Система стремится перейти в устойчивое состояние с неискаженной кристаллической решеткой.

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в росте образовавшихся новых зерен.

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

,

для металлов

для твердых растворов

для металлов высокой чистоты

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Влияние предварительной степени деформации металла на величину зерна после рекристаллизации

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10 %. Такую деформацию называют критической. И такая деформация нежелательна перед проведением рекристаллизационного отжига.

Практически рекристаллизационный отжиг проводят дпя малоуглеродистых сталей при температуре 600…700 o С, для латуней и бронз – 560…700 o С, для алюминевых сплавов – 350…450 o С, для титановых сплавов – 550…750 o С.

Упругая и пластическая деформация. Наклеп. Рекристаллизация.

Деформация – изменение размеров и формы материала под действием приложенных сил, которые могут быть как внешними, приложенными к телу, так и внутренними, вследствие физико-механических процессов в самом теле.

Деформации подразделяют на:

упругие, исчезающие после снятия нагрузки;

пластические, которые остаются после окончания действия приложенных сил.

Способность металла пластически деформироваться называется пластичностью.

Читайте также  Топливный насос высокого давления в сборе

Пластичность обеспечивает конструкционную прочность деталей под нагрузкой и устраняет влияние концентраторов напряжений.

Механизм пластического деформирования заключается в том,

при возрастании касательных напряжений в металле выше определенной величины деформация становится необратимой и после снятия нагрузки устраняется лишь упругая составляющая деформации, а пластическая составляющая остается, т.е. происходит сдвиг одной части металла относительно другой.

Сдвиг может осуществляться скольжением и двойникованием.

При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости, которая называется плоскостью скольжения или сдвига.

Двойникование сводится к переориентировке части кристалла в положение, зеркально симметричное к его недеформированной части. По сравнению со скольжением двойникование имеет второстепенное значение и возникает в случае, когда скольжение затруднено.

Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов.

Металлы с кубической кристаллической решеткой обладают высокой пластичностью, так как скольжение в них может происходить по многим направлениям.

Металлы с гексагональной плотноупакованной решеткой менее пластичны и труднее поддаются деформации.

Скольжение осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций. Повышение плотности дислокаций до 10 11 …10 12 см -2 вместо 10 6 …10 8 см -2 до деформации приводит к упрочнению металлов при деформации.

С ростом степени деформации в результате процессов скольжения зерна вытягиваются в направлении приложенных сил, образуя волокнистую или слоистую структуру, при этом внутри самих зерен происходит дробление блоков. При этом возникает преимущественная кристаллографическая ориентировка зерен – текстура деформации

При холодном пластическом деформировании происходит увеличение прочностных характеристик сплава и уменьшению его пластичности и ударной вязкости. Это явление получило название наклепа. Свойства наклепанного металла изменяются тем сильнее, чем больше степень деформации.

В результате наклепа поверхностного слоя в нем возникают напряжения сжатия. Сжимающие напряжения в поверхностном слое замедляют зарождение усталостной трещины. Снижение пластичности при наклепе улучшает обрабатываемость резанием мягких и пластичных сплавов.

Состояние деформированного (наклепанного) сплава термодинамически неустойчиво даже при комнатных температурах. При нагреве ускоряется перемещение точечных дефектов и создаются благоприятные условия для

перераспределения дислокаций и уменьшения их количества. В процессе нагрева деформированного металла в нем протекают процессы рекристаллизации и при этом происходит возвращение всех свойств сплава к их значениям до деформации.

Рекристаллизация – это процесс зарождения и роста новых равноосных зерен, которые поглощают деформированные.

В зависимости от температуры нагрева рекристаллизация бывает:

При первичной рекристаллизации старые зерна наклепанного металла не восстанавливаются, а образуются новые зерна округлой формы вместо ориентированной структуры деформации (рис. 3.1, а,б, в). В результате рекристаллизации практически полностью снимается наклеп, свойства рекристаллизованного металла становятся сопоставимыми со свойствами отожженного.

Рис. 3.1. Схема изменения микроструктуры наклепанного металла при нагреве:

а – наклепанный металл; б – начало первичной рекристаллизации; в — завершение первичной рекристаллизации; г – рост зерен; д – образование равновесной структуры.

Температура рекристаллизации, при которой происходит разупрочнение металла, называют температурным порогом рекристаллизации (Трек).

Трек = α Тплавления,

α — безразмерный коэффициент, учитывающий чистоту металла и степень деформации металла .

Для технически чистых металлов коэффициент α составляет порядка 0,3…0,4. У сплавов на основе твердых растворов α=0,5…0,6, а для многокомпонентных сплавов, упрочненных тугоплавкими частицами второй фазы, значения коэффициента α может достигать 0,7…0,8.

Собирательная рекристаллизациярост одних рекристаллизованных зерен за счет других после завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева (рис. 3.1, г). Рост зерен происходит в результате перехода атомов от одного зерна к соседнему через границу раздела.

Вторичная рекристаллизация – неравномерный рост одних зерен за счет других , в результате чего структура представляет собой смесь очень мелких и крупных зерен. Возникшая разнозернистость структуры отрицательно сказывается на всех механических свойствах металла.

Размер рекристаллизованного зерна оказывает большое влияние на свойства металлов и сплавов. С уменьшением размера зерна повышаются характеристики прочности и пластичности, увеличивается вязкость металла.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: