Исследовать влияние температуры и длительности Отжиг для снятия напряжений

ОТЖИГ ДЛЯ СНЯТИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

1 Цель работы

Ознакомиться с причинами возникновения внутренних напряжений, их влиянием на эксплуатационные свойства изделий и методами их уменьшения

2.Задание

Исследовать влияние температуры и длительности Отжиг для снятия напряжений

отжига на полноту снятия напряжений в пластинах из стали и алюминия

2. Рассчитать параметр связи температуры и времени при отжиге

3. Общие сведения

3.1. При изготовлении деталей машин и элементов конструкций металл часто подвергается неравномерной по объему пластической деформации. Так происходит, например, при гибке, кручении, холодной прокатке, выдавливании, точении, сверлении и других видах формоообразования. В результате, в металле возникают внутренние напряжения, то есть напряжения, которые существуют в твердом теле при отсутствии внешних сил. Подобные напряжения могут возникать также при фазовых превращениях в металле, например, связанных с закалкой. В большинстве случаев эти напряжения нежелательны, так как они могут со временем вызвать искажение размеров детали и даже способствовать преждевременному разрушению. Кроме того, внутренние напряжения существенно ухудшают коррозионную стойкость, некоторые магнитные характеристики ферромагнетиков, изменяют акустические параметры твердого тела и другие важные характеристики материала.

Основной способ уменьшения этих напряжений – отжиг. Полное устранение внутренних напряжений может быть достигнуто только в результате рекристаллизации или фазовой перекристаллизации (например, при нагреве доэвтектоидной стали выше температуры А3). Однако, нагрев до столь высоких температур не желателен, так как приводит к уменьшению прочностных свойств и твердости металла. Поэтому, проводя отжиг для снятия напряжений важно точно выбрать температуру и длительность отжига, чтобы, уменьшив внутренние напряжения, не затронуть существенно прочностные свойства металла.

Каков физический механизм уменьшения внутренних напряжений при нагревании металла? В основе этого процесса лежит переход части упругой деформации металлической детали в пластическую. Этот процесс носит диффузионный характер и определяется величиной коэффициента самодиффузии металла. Теоретически, релаксация напряжений протекает уже при комнатных температурах, но практически заметное развитие эти процессы получаю при температурах возврата.

Возвратом называют все изменения тонкой структуры деформированного металла при его нагреве, которые не сопровождаются изменением зернистой структуры металла, то есть явление возврата протекает при более низких температурах, чем рекристаллизация. В свою очередь, возврат подразделяют на две стадии: отдых и полигонизацию. Отдых при нагреве деформированного металла происходит всегда, а полигонизация развивается лишь при определенных условиях.

Отдыхом холоднодеформированного металла называют стадию возврата при которой уменьшается число точечных дефектов (вакансий, межузельных атомов).На этой стадии начинается заметное уменьшение внутренних напряжений Рассмотрим пластинку, в которой изгибом созданы упругие напряжения (см. Рис1). В наружных слоях верхней половины пластинки расстояния между атомами увеличены, поэтому атомы из нижележащих слоев имеют тенденцию переходить в поверхностные слои, особенно в вакансионные области. На рисунке 1 между атомами 3 и 4 находится «растянутая» вакансия и межузельный атом М может относительно легко встать на ее место. При этом в поверхностном слое увеличится число атомов, а среднее расстояние между ними уменьшится, что и означает переход части упругой деформации в пластическую.

Рис 1 Схема диффузионного процесса, приводящего к релаксации напряжений на стадии отдыха

Полигонизацией называют стадию возврата, при которой в пределах каждого кристалла образуются новые малоугловые границы. Границы возникают путем скольжения и переползания дислокаций. В результате кристалл разделяется на субзерна – полигоны, свободные от дислокаций, как схематично представлено на Рис 2. Из этого рисунка видно, что упругая

деформация (искривленность атомных плоскостей на Рис 2а) снимается (атомные плоскости на Рис 2 б- прямые)

Рис 2 Схема полигонизации: а, б – холоднодеформированнный металл до и после полигонизации соответственно.

Таким образом, на стадии возврата происходит уменьшение внутренних напряжений как за счет диффузии точечных дефектов, так и за счет перемещения дислокаций. Полное снятие внутренних напряжений возможно только при достижении температуры рекристаллизации металла, но в большинстве практических случаев достаточно уменьшить эти напряжения в 2-3 раза, не устраняя их целиком. Поэтому результат отжига для снятия напряжений выражают как отношение величины оставшихся внутренних напряжений к первоначальным (до отжига).sост/sнач

3.2. Как было сказано выше, главной задачей отжига для снятия напряжений является уменьшение уровня внутренних напряжений без существенного уменьшения прочности и твердости металла. Поэтому очень важно точно подбирать температуру и длительность отжига. Эти параметры термообработки тесно связанны между собой и эта связь выражается особым параметром, называемым параметром Холломона Р:

Р = 0, 001Т (С + lgt) (1)

Где Т- температура отжига в градусах Кельвина