lekcii (Лекции), страница 6

Вдоль границ зерен исубзерен ускоряется диффузия.ДЕФЕКТЫКРИСТАЛЛОВТОЧЕЧНЫЕВакансии,Атом замещения,Межузельный атомЛИНЕЙНЫЕКраеваядислокация,ВинтоваядислокацияПОВЕРХНОСТНЫЕБольшеугловые гр,Малоугловые гр,Дефект упаковкиДиаграмма 3.3. Дефекты в кристаллахОБЪЕМНЫЕПоры,Раковины,Включения1. Какой материал называется сплавом? Почему сплавы имеют болееширокое применение в технике по сравнению с однокомпонентнымиматериалами?2. Как взаимодействуют компоненты в сплаве? Дайте определениефазы. Приведите примеры.3. Какие виды фаз образуются в сплавах?4. Дайте определение твѐрдого раствора. Приведите примеры.5. Назовите типы твѐрдых растворов, показанных на рисунке6.

Какое воздействие оказывает растворѐнный атом внедрения нарешѐтку основы?7. Что определяет температура Курнакова? Как изменяются свойствасплава при появлении или исчезновении порядка?8. Как сказывается на свойствах сплава образование твѐрдыхрастворов внедрения? Сравните с р-ром замещения.19. К какому типу взаимодействия компонентов относятсяпромышленные сплавы?10.

Чем промежуточная фаза отличается от твѐрдого раствора?11. Поясните термин «идеальный кристалл». Что отличает его отреальных кристаллов?12.Перечислите возможные точечные дефекты в кристаллах.Нарисуйте поясняющие схемы.13. Назовите линейные дефекты в кристаллах, дайте их определениеи изобразите их схематично.14. Поясните термин «вектор Бюргерса», покажите на схеме вектор Б.краевой и винтовой дислокаций.15. Как дислокации взаимодействуют между собой? Чем измеряетсяплотность дислокаций?16.Нарисуѐте кривую Одинга. Как влияет плотность дислокаций насвойства металла?ЛЕКЦИЯ 4Пластическая деформация и рекристаллизацияметаллов и сплавов• Учебные вопросы:•••••1.Механизм пластической деформации2.Изменение структуры и свойств метала при пластическойдеформацииЛитература:1.

Материаловедение. Учебник для вузов. Арзамасов Б. Н. и др.2008г и др. Стр. 122-140.1.Механизм пластической деформации• Деформация – изменение размеров и формы тела поддействиемвнешнихусилий.Различаютупругиеипластические деформации. Упругие исчезают после снятиянагрузки, пластические сохраняются.• Пластичность – способность металлов деформироватьсяпластически. При пластическом деформировании происходитизменение ряда других свойств, например, растет прочность.Пластичность играет важную роль в предотвращении внезапныхразрушений.• Пластическая деформация в кристалле осуществляетсяпутем сдвига одной его части относительно другой.• Сдвиг вызывают касательные напряжения, когда их величинапревышает критическое значение.• Различают сдвиг скольжением и двойникованием.

Прискольжении одна часть перемещается параллельно другойвдоль плоскости скольжения или сдвига, рис.4.1 а).••••При двойниковании часть кристалла перестраивается взеркально-симметричное положение, рис.4.1 б). Частькристалла, в котором произошла перестройка называетсядвойником деформации.Деформация сдвигом имеет ведущее значение.

Механизмдвойникования в дальнейшем не рассматривается.Скольжение развивается по плоскостям и направлениям, покоторым плотность атомов максимальна, рис. 4.2.Плоскостьскольжениявместеснаправлениямискольжения, принадлежащими этой плоскости, образуетсистему скольжения, рис 4.2. Системы скольжения различныдля разных типов решеток – ГЦК, ОЦК, ГП.• Элементарный акт сдвига в кристалле - смещение на одномежатомное расстояние. В бездефектном кристалле для этоготребуется одновременное смещение всех атомов в плоскостисдвига, рис. 4.3. Критическое напряжение составляетηкр=G/2π =0,16G≈0,1Е.••Эту величину часто называют теоретической прочностьюкристалла.В реальном кристалле, при наличии дислокаций, происходитпутем последовательного (эстафетного) перемыкания атомныхплоскостей, что может быть представлено как движениедислокации, рис. 4.3. Движение дислокации в плоскостискольжения требует напряженияη≈10-4Е,•••что меньше теоретической прочности примерно на 3 порядка.Характерно, что такое движение не связано с диффузией и неограничивается температурой.Движение Д заканчивается на поверхности кристалла, т.

к.движется одновременно не одна а сотни Д на поверхностиобразуется ступенька – полоса скольжения Льюдерса,видимая при некотором увеличении.••Деформированиемонокристалловпротекает в несколькостадий, рис. 4.4. Еслиплоскостьскольжениякристалласовпаласнаправлениемкасательного напряжения,деформациявелика,напряжениеостаетсяпостоянным. Это стадиялегкогоскольжения.Деформация ГП решетоксоставляет до 1000%,ГЦК и ОЦК – 10-15%.На II стадии скольжениераспространяетсянадругиесистемы,этомножественноескольжение.• Д скользят в пересекающихся плоскостях и направлениях, ониобразуют сложные структуры, в отличие от I стадии растетпрочность, при этом пластичность снижается.• Явление упрочнения при одновременном снижении пластичностипри деформировании металла называется наклѐпом.• На III стадии ресурс дислокаций исчерпан, Д замедляется.Включаются механизмы размножения дислокаций.• Один из распространѐнных механизмов размножения источникФранка-Рида, рис.4.5.•••Далее Д начинают преодолевать некоторые препятствия –пересекающиеся плоскости скольжения, а у некоторых границы зерен, дефекты упаковки останавливаются инакапливаются.

Плотность их возрастает до критическогозначения 108-1012 см-2. Далее возникают микротрещины иследует разрушение металла.При нагреве выше 0,3Тпл включается механизм переползания,рис.4.6.Диффузионным путем край экстраплоскости смещается, чтопомогает Д преодолевать препятствия. Это явление широкоиспользуется в технике для проведения формообразующихопераций – ковки, штамповки, вытяжки, гибки.Деформирование поликристаллов При деформированииполикристаллов стадия легкого скольжения отсутствует.При малой деформации вступают в процесс только те зерна,плоскостискольжениякоторыхсориентированыпонаправлению деформирования, рис.4.7 а), б).• Зерна, первоначально равноосные, удлиняются в направлениидеформации, повышается плотность дефектов, рис.4.7 в).• В каждом отдельном зернепроисходятпроцессы,соответствующие II и III стадиидеформированиявмонокристаллах.• На II и III стадиях металлупрочняется,приснижениипластичности.Какужеотмечено,этопроявлениенаклепа.

Наклѐп играет важнуюроль в технике.• При больших деформацияхформируется,ячеистаядислокационнаяструктура,рис.4.8. Дислокации образуютсложно-переплетенные стенки,внутрикоторыхметаллсвободен от дефектов. Размерячеек составляет ≈0,3 мкм.• Ячейки не имеют преимущественного направления. С ростомдеформации размеры ячеек не меняются, возрастает толькоплотность дислокаций в стенках.• При больших деформациях зерна ориентируются определеннымобразом – формируется текстура деформации, рис.4.7 г).Текстура деформации образуется при одновременномдеформировании по нескольким системам скольжения, рис. 4.9.•••••Текстура определяется видом и условиями деформации, типомкристаллической решетки, составом примесей.При волочении возникают аксиальные текстуры, когда вбольшинстве зеренопределенное кристаллографическоенаправление параллельно оси волочения, рис. 4.9 а).При прокатке параллельно плоскости прокатки располагаютсяопределенные плоскость и направления.

Между направлениямиустанавливается определѐнный угол α, рис.4.9 б).Металлы с текстурой деформации обладают анизотропиейсвойств.Системы скольжения в различных фазах и критическиенапряжения сдвига отличаются. На поверхностях раздела фаздолжно обеспечиваться совместное деформирование. Поэтомудеформация 2-х фазных сплавов явление более сложное.•••••Процесс деформирования зависит от свойств и количества IIфазы, от характера ее распределения в сплаве.Если вторая фаза хрупкая и распределена по границам зеренпластичной основы сплава, сплав будет хрупким.Напротив, если такое же количество II фазы расположено ввиде компактных выделений, сплав сохранит пластичностьосновы, а при дисперсных выделениях II фазы возможноупрочнение сплава.Способ преодоления дислокациями частиц II фазы зависит откогерентности (кристаллографическое соответствие) этихчастиц по отношению к решетке основы.Преодоление когерентных частиц, в силу соответствиярешеток, представляет продолжение движения дислокации, но сдругими параметрами, дислокация перерезает частицу,рис.4.10 а).•••••Преодоление некогерентных частиц возможно толькоогибанием, при этом образуются петли новых дислокаций,рис.4.10 б).

Прохождение каждой последующей дислокацииодного знака приводит к увеличению числа петель одного знака,взаимно отталкивающихся, и последовательномуростунапряжения для преодоления частицы.Оценки показывают, что ηmax достигается при расстоянии междучастицами ≈ 15 мкм.Промышленные сплавы – преимущественно по структуреполикристаллические.

Ресурс пластичности является основойтехнологических процессов изготовления деталей. Различаютхолодное, теплое и горячее деформирование, диагр. 4.1.Холодное проводят при Тдеф < 0,3Тпл. Преобладают процессыупрочнения.Теплое при Тдеф = (0,3-0,5)Тпл . Преобладают процессыупрочнения, но интервал деформирования расширен, а усилия(напряжения) снижены разупрочнением – поперечнымскольжением винтовых, переползанием краевых дислокаций.•Горячее деформирование при Тдеф > 0,6Тпл . Доминируетразупрочнение. Реализуются большие степени деформации заодну операцию.