|
ВЛАСТИВОСТІ маловуглецевої сталі»(тривалість роботи - 2 години)
Мета роботи Вивчити вплив пластичної деформації і рекристалізації на мікроструктуру і механічні властивості металів і сплавів.
ОБЛАДНАННЯ І МАТЕРІАЛИ 2.1. Зразки сталі 20: у початковому стані, піcля пластичній деформації з різним ступенем при навантаженнях 10 т, 20 т, 30 т, 40 т і 50 т відповідно (по 3 штуки кожного стану). 2.2. Зразки мікрошліфів вихідного і деформованих станів. 2.3. Зразки, що підлягали поверненню після різного ступеня деформації, рекристалізації. 2.4. Твердомір ТК (Роквелл). 2.5. Металографічний мікроскоп. 2.6. Муфельні електропечі, розігріті до температури 200°С, 400°С і 750°С.
ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ Деформація – це зміна форми, розмірів і конфігурації тіла в результаті дії зовнішніх сил, що відбувається без зміни об'єму його тіла. Деформація може бути пружною і пластичною. При пружній (зворотній) деформації під дією зовнішніх сил відбувається зворотне спотворення кристалічної ґратки в зернах металу, при якому атоми, що знаходяться у вузлах кристалічної ґратки, зміщуються з положення рівноваги на відстані, що не перевищують параметру решітки. При знятті зовнішнього навантаження зміщені атоми повертаються в положення рівноваги. Пластична деформація після зняття прикладеного навантаження зберігається, тобто є залишковою, незворотною. Усі способи обробки тиском (кування, штампування, прокатка, волочіння, пресування й інші) засновані на здатності металу пластично деформуватися, яка кількісно виражається ступенем деформації ε, відносною зміною розміру тіла: ε = Δl/l0·100%, де l0 - розмір тіла до деформації; Δl - зміна розміру в результаті деформації. Основним механізмом пластичної деформації металів є внутрішньозернове зсувне переміщення одних частин зерна щодо інших. Зсув відбувається за дислокаційним механізмом, тобто частинки (атоми) зміщуються не одночасно по всій площині ковзання, а за допомогою послідовного переміщення по одній з дислокацій (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема зсуву атомних площин у кристалі за дислокаційним механізмом
Зі збільшенням ступеня деформації в металі відбувається накопичення дислокацій, закріплення їх усередині кристалічної ґратки, внаслідок чого кристалічна ґратка спотворюється, тобто, чим більший ступінь деформації, тим більше дислокацій у полікристалі, тим більше спотворень кристалічної ґратки. Відомо, що будь-яке спотворення кристалічної ґратки веде до її зміцнення. Зміцнення внаслідок пластичної деформації називається наклепом. Зі збільшенням ступеня деформації змінюється форма зерен. При розтягуванні зерна витягуються за напрямком деформації, а при стисканні – перпендикулярно до навантаження. Таку структуру називають текстурою деформації (рис. 2). Зі зростанням ступеня текстурованості зростають питомий електричний опір, коерцитивна сила, міцність, твердість; зменшуються пластичність, магнітна проникність, корозійна стійкість. Формування текстури деформації викликає анізотропію властивостей вздовж і впоперек текстурованих зерен. Анізотропія – відмінність властивостей за різним кристалографічним напрямком. Метал після деформації має підвищену вільну енергію і перебуває у нестійкому стані. Тому наклепаний метал намагається перейти в більш рівноважний, стійкий стан із меншим запасом вільної енергії. Такий перехід вимагає певного термічного активування і внаслідок цього відбувається з помітною швидкістю звичайно лише при підвищенні температури. Розрізняють такі основні стадії усунення наклепу при нагріванні: повернення (відпочинок) і рекристалізація. Повернення наклепаного металу відбувається при нагріванні до відносно невисоких температур ~ 0,2 Тпл (для сталі ~ 150-400°С) і супроводжується невеликим зменшенням деформаційних внутрішніх напружень у металі. При поверненні істотних змін у розмірах, формі і орієнтуванні зерен не відбувається. При цьому механічні властивості металу змінюються на 3-7% (рис. 2).
Рисунок 2 – Мікроструктура та механічні властивості металів і сплавів до і після пластичної деформації, повернення і рекристалізації: ε – ступінь пластичної деформації; Т – температура нагрівання; δ – відносне подовження; σВ – межа міцності; σТ – межа текучості; НВ – твердість; НС – коерцитивна сила; КС – корозійна стійкість; ρ – щільність; μ0 – магнітна проникність
Рекристалізація відбувається при нагріванні до більш високих температур і приводить до повного усунення наклепу, тобто до відновлення структури і властивостей металу, що не підлягав деформації. Сутність цього процесу полягає в тому, що в деформованій матриці формуються і збільшуються центри рекристалізації – зародки нових зерен із неспотвореними кристалічними ґратками. Центри рекристалізації утворюються в найбільш напружених ділянках металу (на межах зерен, перетині ліній ковзання і т.д.), де атоми мають підвищену енергію і здатні до переміщення. Температурний поріг рекристалізації – це найнижча температура нагріву, що забезпечує можливість зародження нових зерен: Трек = а·Тпл, де а – коефіцієнт рекристалізації, залежить від ступеня чистоти металу і змінюється в межах 0,1-0,8; Тпл – температура плавлення, К. Процес рекристалізації відбувається в два етапи. Перший етап – первинна рекристалізація, тобто зародження нових зерен і заміщення ними всього об’єму деформованого металу; при цьому повністю знімається наклеп, створений пластичною деформацією; метал набирає рівноважної структури, збільшується пластичність; міцність і твердість зменшуються до значення у вихідному стані. Другий етап – збиральна рекристалізація, коли нові зерна зростають; вільна енергія системи зменшується. Пластично деформовані метали можуть рекристалізуватися лише після деформації, ступінь якої перевищує певне критичне значення – критичний ступінь деформації (~ 2-10%). Нагрівання деформованого металу з критичним ступенем деформації веде до катастрофічного росту зерна (рис. 3). Деформація металів поділяється на холодну і гарячу. Холодна пластична деформація проводиться за температур нижчих, ніж температура рекристалізації (< Трек), при цьому відбувається наклеп металу.
Рисунок 3 – Залежність розміру зерна рекристалізованого металу від ступеня попередньої деформації: ε - ступінь деформації
Гаряча пластична деформація проводиться за температур вищих, ніж температура рекристалізації (> Трек), коли отриманий наклеп знижується одночасно з протікаючою рекристалізацією.
Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|