потемкин (557029), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Упрочняюшее действие пластической деформации в металлах и сплавах, сопровождающееся уменьшением пластичности, назьсвается наклелом или магарлсоекой, В процессе деформирования увеличиваются прочностные характеристики (предел прочности а,, предел упругости о „р, условный предел текучести пег, твердость НВ) и уменьшаются пластические (относительиое удлинение б, относительное сужение ссс, вязкость КСАН)). Наряду с этим происходит изменение всех структурно-чувствительных физико-химических свойств (уменьшаются коррозионная стойкость, у магнитных материалов — магнитная проницаемость Сс, остаточная индукция В„" и увеличиваются элекгросопротивление р, у магнитных материалов — коэрцитивная сила Н„потери на гистерезис Р, (рис.
1,а). Описанные изменения структуры и свойств металлов имеют место при пластической деформации лишь в диапазоне температур ниже температуры рекристаллизации, Такая пластическая деформация называется холодной. Она принципиально отличается от горячей, которая осуществляется при температурах выше температур рекристаллизации. гп 6) Сагань ха4игаачввл,в теюервези вемена ь,~е Рис.
! Наклеп является уникальным свойством металлов, позволяющим целенаправленно изменять их свойства. Так, упрочнение при наклепе (нагартовке) широко используют лля повышения механических свойств деталей, изготавливаемых методами холодной обработки давлением. Особое значение леформацнонное упрочнение имеет для чистых металлов и однофазных сплавов, не упрочняемых термической обработкой. Наклеп бывает сквозлой (получаемый при ковке, штамповке, волочении и др.) и поверхностный (при накатке роликами, дробеструйной обработке, виброшлифовании и др.). После пластической деформации металл имеет неравновесную структуру и повышенную свободную энергию, запасенную в результате деформации. Такое состояние метастабильно, хотя для большинства металлов устойчиво при комнатных температурах, но при нагреве происходит переход металла в более стабильное состоянием-то связано с тем, что с повышением температуры увеличивается кинетическая энергия атомов, создаются условия для перемешения и аннигиляции точечных дефектов, перераспределения и уменьшения количества дислокаций; ускоряются диффузионные процессы.
Степень уменьшения неравновесности состояния материала тем Оолыце, чем выше температура нагрева. Вследствие разнообразия процессов„имеюших место в наклепанном металле при нагреве и связанных с изменением его внутрикристаллического строения, микроструктуры и свойств, их подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию, движушей силой которых является уменьшение свободной энергии в результате повьппения (в той или иной мере) структурного совершенства металла. Возврат протекает при относительно низких температурах (обычно ниже 0,3 Т„, ), рекристаллизация — при более высоких. При возврате свойства восстанавливаются по отношению к свойствам наклепанного металла частично (не более, чем на 25%), после рекристаллизации — полностью. Возвргплом называются все изменения тонкой структуры и свойств, которые имеют место в результате атомных перегруппировок и перераспределения дислокаций, но не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла (размер и форма зерен при возврате не меняются).
Все преврашения при возврате описываются явлениями, называемыми отдыхом и полигонпзацией, Отдых при нагреве деформированных металлов протекает всегда, а полигонизация лишь в определенных условиях и не у всех металлов. Отдых — это стадия возврата, при которой происходит уменьшение концентрации точечных дефектов и объемное перераспределение дислокаций с их частичной аннигиляцией без образования малоугловых границ (фрагментов, блоков). Полигонизация имеет в основе своей те же процессы, что и отдых, но сопровождается более энергетически выгодными объемными перераспределениями дислокаций с образованием малоугловых границ (рис.
2, где а — распределение дислокаций после деформации; б — образование границ блоков (полигонов)). Особенностью полигонизации является формирование после небольших Рис. 2 степеней деформации устойчивой субструктуры (фрагментов и блоков с малым диаметром — !О з ... )О Ь см), стабильной при значительных нагревах. Образование полигональной структуры приводит к увеличению сопротивления сплавов ползучести и повышению длительной прочности. Сплавы с полигональной структурой рекристаллизуются при более высоких температурах.
Рекристаллизация — процесс повышения структурного совершенства, сопровождавшийся уменьшением свободной энергии деформированного металла за счет возникновения и роста или только роста зерен, свободных от искажений, в пределах одной фазы. Рекристаллизация, в отличие от возврата, сопровождается метал- лографическими изменениями структуры (рис. 3, где а — исходная структура отожженного металла; б — наклепанный металл; в, г — соответственно начало и конец первичной рекристаллизации; д — собирательная рекристаллизация). В основе рекристаллизации лежат процессы самодиффузии атомов.
Различают рекристаллизацию: !) первичную (или обработки), 2) собирательную. Первичная рекристаллизация заключается в образовании и росте зародышей новь1х зерен (рис. З,п) с более правильной кристаллической структурой до соприкосновения друг с другом. В результате образуются новые, чаше всего равноосные зерна (рис. 3, в) взамен деформированных зерен наклепанного металла. Новые кристаллы зарождаются, как правило, в наиболее деформированных объемах структуры (обычно вблизи границ зерен). Чем выше степень предшествующей деформации, тем больше возникает зародышей новых зерен и тем дисперснее (мелкозернистее) получаемая структура после рекристаллизации.
Первичная рекристаллизация заканчивается при полном замещении всего объема деформированного металла новыми зернами (рис. 3, г). При первичной рекристаллизации почти полностью снимается наклеп, полученный при пластической деформации, вследствие образования равновесной структуры, свободной от напряжений, с минимальным количеством дефектов кристаллического строения, После завершения первичной рекристаллизации при более высоких температурах или большей длительности отжита наблюдается значительный рост одних зерен рекристаллизовацного металла за счет других с образованием равнозернистой структуры. Эта стадия рекристаллизации называется собирательной рекристаллизацией.
Она не связана с предварительной пластической деформацией металла. Процесс роста зерен развивается самопроизвольно вследствие уменьшения свободной поверхностной энергии (чем крупнее зерна, тем меньше суммарная протяженность границ) путем диффузионного присоединения атомов из соседних менее совершенных зерен к кристаллической решетке растущего зерна. При 30 образовании равнозернистой структуры с размером зерен, аналогичным исходному состоянию (до пластической деформации), наклеп полностью снимается. Восстанавливаются все физические и механические свойства (рис.
1,б). Свойства рекристаллизованного металла близки к его свойствам в отожженном состоянии. Если не ограничить выдержку и температуру нагрева деформированного металла, рост зерен при рекристаллизации может привести к образованию разнозернистой структуры (сочетанию в структуре мелких и крупных зерен). Эта стадия называется вторичной рекриплаллизацией. Разнозернистая структура не обеспечивает равномерность распределения напряжений в нагруженной детали, поэтому вторичная рекристаллизация не допускается в промышленности. Важно управлять процессом структурообразования при рекристаллизационном отжиге, так как от этого зависят свойства металла после рекристаллизации.
Многие свойства, в том числе прочность, жаропрочность, пластичность, вязкость, магнитные и др., сушественно зависят от размера зерен. С уменьшением размера зерен улучшаются прочностные и пластические характеристики, магнитотвердость. Для повышения жаропрочности и магнитомягкости материалов необходимо крупное зерно. Размер зерен, образуюшихся в результате рекристаллизации, зависит в основном от степени предварительной пластической деформации (рис. 4,а) и от температуры, при которой происходила рекристаллизация (рис.
4,а). При малой степени деформации (участок 7 на рис. 4,а) энергия активации мала и размеры зерен после рекристаллизации не изменяются, поскольку процесс сопровождается только возвратом. Наиболее крупнозернистая структура получается после критической степени деформации Х„„. Для большинства металлов Х = 5..10%. Такой рост зерен связан с К~Ъ собирательной рекристаллизацией при отсутствии первичной (участок 2), так как энергии активации недостаточно для возникновения новых зерен.
С увеличением степени деформации выше критической размер зерен уменьшается вследствие увеличения числа центров рекристаллизации (участок 3). Повышение температуры нагрева при рекристаллизации укрупняет зерна вследствие ускорения собирательной рекристаллизации (рис. 4, в). %о,в ао,о ом вод 6..Л ееепекь херереаоео 1 б1 Рис.
4 Для получения высоких механических свойств пластическую леформацию следует производить со степенями выше критических. Температура рекристаллизации зависит от чистоты металла, степени легированности металла, степени предшествующей деформации и продолжительности отжига. Под температурой рекристаллизации понимают наименьшую теыпературу нагрева деформированного металла, обеспечиваюшую возможность зарождения новых зерен. Эта температура составляет некоторую долю от абсолютной температуры плавления: Т =иТ .
Для металлов технической рекр пл ' чистоты а = 0,3... 0,4. Уменьшение количества примесей может понизить а до 0,1...0,2. Для сплавов со структурой твердого раствора а = 0,5...0,б, а для тугоплавких металлов и их сплавов се может достигать 0,7...0,8. Таким образом, ничтожные количества примесей могут сугцественно повысить 7,, а введение в качестве легируюгцих добавок тугоплавких металлов повышает Т,х на несколько сот градусов. Повышение степени пластической деформации приводит к снижению Тр, (рис. 4,б), которая тем ниже, чем больше время выдержки при обжиге. Методические указания Для определения влияния холодной пластической деформации (степени наклепа) и последующего отжига на прочность и пластичность металлов и сплавов испьпывают на растяжение пять об- разцов из алюминия (или его сплава Д16), подвергнутых различной степени холодной пластической деформации при прокатке (образцы имеют клейма с 1 по 5), и три образца, отожженных после прокатки с наибольшей степенью деформации при 100, 200 и 400'С в течение двух часов (образцы имеют клейма 51, 52, 54).
Порядок выполнения работы 1. Измеряю~ толщину образца Ь микрометром с точностью до О,! мм и определяют степень пластической деформации ). при прокатке: пение — МПа; б= — я=100%= — !00%„ 1-1 Л~ 0 (о (о длина образца после разрыва. измерения 1! необходимо сложить части разрушенного по месту разрыва и измерить длину стольких участков, где!Д,— ляя образца Х= е '!00%, Ьо где Ьс — толщина образца до прокатки (такую толщину имеет образец с клеймом 1); Ь, — толщина образцов после прокатки (такую толщину имеют образцы с клеймами 2, 3, 4, 5, 51, 52, 54).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
