Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Особенности деформированния монокристаллов





Если при деформировании монокристалла плоскость скольжения параллельна направлению касательного напряжения, то монокристалл не упрочняется, а его деформация велика. Начальную стадию деформации I называют стадией легкого скольжения (рис.7.2.1). На стадии легкого скольжения деформация монокристаллов с ГП решеткой достигает 100%, у ГЦК и ОЦК монокристаллов она не превышает 10-15%.

Стадия II – множественного скольжения, скольжение распространяется на другие системы, образуется сложная дислокационная структура за счет поперечного скольжения.

Стадия III – характеризуется более замедленным упрочнением, т.к. некоторые дислокации уничтожают друг друга. Разупрочнение на этой стадии называют динамическим возвратом.

В основе упрочнения металла при деформации лежит повышение плотности дислокаций.

Движению дислокаций мешают различные препятствия – границы зерен, дефекты упаковки, межфазные поверхности, дислокации, пересекающие плоскость скольжения. Через некоторые препятствия дислокации проходят, но при более высоких напряжениях.

Каждое скопление дислокаций создает поле напряжений, отталкивающее приближающуюся дислокацию. Чем больше дислокаций в скоплении, тем сильнее отталкивание и тем труднее деформируется металл. Когда плотность дислокаций в скоплении достигает определенного значения, в этом месте зарождаются трещины.

 

Деформирование поликристаллов

При деформировании поликристаллов стадия I – легкого скольжения отсутствует.

С ростом степени деформации зерна постоянно вытягиваются в направлении пластического течения (рис.7.3.1а). При значительных деформациях образуется волокнистая структура (рис.7.3.1б), появляется кристаллографическая ориентация зерен, которая называется текстурой деформации. Текстура деформации делает кристалл анизотропным.

 

7.4. Деформация двухфазных сплавов

Каждая фаза имеет свои системы скольжения и свои критические напряжения сдвига, поэтому деформирование двухфазных сплавов более сложно. Процесс деформирования зависит не только от свойств второй фазы и её содержания, но и от характера распределения этой фазы в структуре.

Если хрупкая фаза располагается в виде сетки по границам зерен, то сплав окажется хрупким. Если эта же фаза разместится в виде отдельных зерен в пластичной матрице – основе сплава, то сплав сохранит пластичность, а присутствие второй фазы проявится в упрочнении.

Когда движущаяся дислокация наталкивается на когерентные частицы, то она их перерезает. Если частицы не когерентны, то она проходит, образуя дислокационную петлю (рис. 7.4.1).

Основная масса промышленных сплавов имеет поликристаллическую структуру. В зависимости от температуры обработки давлением и скорости деформирования различают процессы холодного, тёплого и горячего деформирования.

Холодное деформирование проводится при температуре, меньше (≤) 0,3Тпл. Упрочнение обусловлено резким увеличением плотности дислокаций (до 1012см-2) и ограничением их подвижности.

Теплое деформирование проводится при температуре, равной 0,3- 0,5Тпл. Основными являются процессы упрочнения при одновременно идущем процессе разупрочнения (переползание краевых и поперечное скольжение винтовых дислокаций).

Горячее деформирование - tº > 0,6Тпл. Основную роль играют процессы разупрочнения – динамический возврат, полигонизация и рекристализация. Упрочнение материала можно сохранить лишь резким охлаждением, не дожидаясь снятия наклепа вследствие процессов разупрочнения.

 

Свойства холоднодеформированных металлов

В результате холодного деформирования металл упрочняется, изменяются его физические свойства (увеличивается твердость, временное сопротивление, условный предел текучести, предел упругости, понижаются пластичность и ударная вязкость).

Путем наклепа твердость и временное сопротивление можно повысить в 1.5-3раза, а предел текучести - в 3-7 раз. Металлы с ГЦК – решёткой упрочняются сильнее металлов с ОЦК–решёткой.

Наклеп понижает плотность металла из-за нарушения порядка в размещении атомов при увеличении плотности дефектов и образования микропор. Уменьшение плотности используют для увеличения долговечности деталей. С этой целью применяют поверхностное пластическое деформирование (с помощью обдувки дробью или обработки специальным инструментом). Наклепанный слой стремится расшириться, встречая сопротивление со стороны ненаклёпанных участков. В результате в этом ненаклепанном слое возникнут напряжения сжатия, а под ним – напряжения растяжения. Сжимающие напряжения в поверхностном слое замедляют зарождение усталостной трещины и, тем самым, увеличивают долговечность деталей.

Наклепанные металлы легче корродируют. Образование текстуры деформации вызывает анизотропию свойств.

 

Возврат и рекристаллизация

При холодном деформировании создается неравновесная структура. Переход металла в более стабильное состояние происходит при нагреве. При повышении температуры ускоряется перемещение точечных дефектов и создаются условия для перераспределения дислокаций.

При нагреве происходят: в озврат и рекристаллизация. Возврат делится на отдых и полигонизацию.

Возврат – все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, то есть размер и форма зерен не изменяются.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения. В результате образуются равновесные зерна (рис.7.6).

Отдых – стадия возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий. Отдых уменьшает удельное электросопротивление и повышает плотность металла. Твердость и прочность уменьшаются на 10-15% и увеличивается пластичность. После отдыха повышается сопротивление коррозионному растрескиванию.

Полигонизация – процесс формирования субзерен, разделённых малоугловыми границами. Эти субзерна практически не содержат дислокаций. Уменьшается плотность дислокаций за счет взаимоуничтожения дислокаций противоположных знаков.

Полигонизация бывает предкристаллизационная и стабилизирующая.

Предкристаллизационная - начальная стадия первичной рекристаллизации.

Стабилизирующая- представляет собой формирование субзерен, разделенных плоскими дислокационными стенками. Стенки малоподвижны и весьма устойчивы, при дальнейшем нагреве они сохраняются практически до температуры плавления. После формирования субзеренной структуры рекристаллизация не происходит (рис.7.7).

Стабилизирующая полигонизация развивается при определенных условиях:

- отсутствие ячеистой дислокационной структуры;

- избыток краевых дислокаций одного знака.

Такие условия характерны для монокристаллов и крупнозернистых монокристаллов после небольших пластических деформаций.

Значение полигонизации

1) упрочняет металл по аналогии с формированием мелкозеренной структуры с высокоугловыми границами;

2) снижает остаточные напряжения, повышает сопротивление коррозионному растрескиванию;

3) повышает жаропрочность деталей (т.к. границы субзерен являются препятствием для переползания дислокаций;

4) оптимальное сочетание пластичности и высокой прочности.

Рекристаллизация бывает первичная, собирательная, вторичная.

Первичнаярекристаллизация начинается с образования зародышей новых зерен а заканчивается полным замещением наклепанного металла новой поликристаллической структурой.

Для начала первичной рекристаллизации требуется:

1) предварительная деформация больше критической;

2) Т рек = а · Т пл – температура нагрева должна превысить критическое значение.

Коэффициент а снижается при увеличении степени деформации.

Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп, металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов.

Собирательная рекристаллизация – самопроизвольный процесс укрупнения зерен, образовавшихся на стадии первичной рекристаллизации.

Вторичная рекристаллизация – стадия неравномерного роста одних зерен, по сравнению с другими.

Для конструкционных сплавов анизотропия свойств нежелательна. Рекристаллизованные сплавы, как правило, однородны по свойствам. Однако иногда появляется предпочтительная кристаллографическая ориентация зерен – текстура рекристаллизации. Она имеет практическое значение для сплавов с особыми физическими свойствами (трансформаторная сталь – уменьшаются потери на перемагничивание по определенным направлениям листа.)

Рекристаллизация многофазных сплавов представляет собой более сложный процесс, в котором на зарождении и росте новых зерен сказываются различия свойств каждой фазы, характер структуры и объемные соотношения между фазами. Чем ближе расположены частицы второй фазы, тем труднее перемещаться границе нового зерна и тем сильнее тормозится рекристаллизация.

При горячем деформировании материала с ультрамелким зерном (0,5-10мкм) появляется сверхпластичное состояние металла. При низких скоростях деформирования металл течет равномерно, не упрочняясь. В этом состоянии металл можно деформировать на 200-300% без разрушения.

Сверхпластичность наблюдается при горячем деформировании сплавов вблизи температуры полиморфного превращения или плавления.

 

Вопросы для самоконтроля

  1. Что такое деформация?
  2. Чем определяется большая или меньшая способность к пластическому деформированию?
  3. Что такое элементарный акт сдвига?
  4. Почему прочность реальных кристаллов ниже теоретической прочности кристалла?
  5. Что лежит в основе упрочнения металла при помощи деформации?
  6. Что мешает движению дислокаций в кристалле?
  7. Чем отличается деформация монокристалла от поликристалла?
  8. От каких факторов зависит процесс деформирования двухфазных сплавов?
  9. Как называется процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения, в результате которого образуются равноосные зерна?
  10. Как называется стадия возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий?
  11. Как называются все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, то есть размер и форма зерен не изменяются?

12. Как называется процесс формирования субзерен, разделённых малоугловыми границами. Эти субзерна практически не содержат дислокаций.

13. За счет чего при полигонизации уменьшается плотность дислокаций?

  1. В чем значение полигонизации?
  2. Чем отличается предкристаллизационная полигонизация от стабилизирующей?
  3. Какие условия необходимы для стабилизирующей полигонизации?

 

 

Рис. 7.1.1. Схема упругой и пластической деформации металла

под действием напряжения сдвига τ

а – первоначальный кристалл; б – упругая деформация; в – увеличение упругой и пластической деформации, вызванных скольжением при нагружении, большем предела упругости; г – напряжение, обусловливающее появление сдвига (после сдвига сохранилась остаточная деформация); д – образование двойника.

 

Рис. 7.1.2. Движение краевой дислокации с образованием ступеньки единичного сдвига

на поверхности кристалла

 

Рис. 7.2.1. Диаграмма напряжение – деформация для монокристалла цинка

 

Рис.7.3.1. Деформирование поликристаллов

 

а

б

Рис. 7.4.1 Деформирование двухфазных сплавов

а – с когерентными частицами второй фазы; б – с некогерентными частицами второй фазы

Рис. 7.6. Рекристаллизация деформированного сплава

а – структура наклепанного металла, б – зарождение зерен более правильного строения

в –вторичная рекристаллизация (неравномерный рост одних зерен по сравнению с другими)

 

 

Рис. 7.7. Схема стабилизирующей полигонизации (а)

с образованием субзеренной структуры (б)

 







Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

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 делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.