Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
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. 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 1011…1012 см-2 вместо 106…108 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: – первичная; –вторичная; – собирательная. 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 (Т рек). Т рек = α Т плавления, где: 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 рекристаллизация – рост 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.
|