ага




2. МОДУЛЬ 2
Изменение свойств материалов без фазовых превращений.

2.1. Перечень основных вопросов.

Виды механических испытаний. Механические свойства материалов.
Статические механические испытания. Экспериментальные закономерности пластической деформации. Определение характеристик механических свойств по диаграмме растяжения.
Методы испытания на статическую твердость.
Стадии деформации:
I стадия – упругая деформация (Е, G, К,
·).
II стадия – единичное легкое скольжение.
III стадия – деформационное упрочнение.
IV стадия – разрушение.
Характеристики механических свойств. Природа предела текучести. Виды диаграмм растяжения.
Стадийность разрушения. Условия самопроизвольного раскрытия зародышевой трещины. Вязкое и хрупкое разрушение.
Механизмы пластической деформации и условия их реализации:
сдвиговые механизмы:
а) скольжение (на примере монокристаллов);
б) двойникование;
в) механизм теоретической прочности;
диффузионные механизмы:
г) ползучесть;
д) зернограничное проскальзывание.
Деформация монокристаллов. Критическое напряжение сдвига, его составляющие (сопротивление решетки, твердорастворное упрочнение, дислокационное упрочнение).
Деформация поликристалла. Текстура деформации. Зернограничное упрочнение, закон Холла-Петча.
Классификация остаточных напряжений после обработки. Механизмы образования остаточных напряжений.
Динамические испытания. Характеристики. Температурный порог хладноломкости и факторы, влияющие на него.
12. Усталостные испытания. Характеристики.
13. Изменение свойств пластически деформированных металлов при нагреве. Формула Бочвара - оценка температуры возврата и рекристаллизации. Факторы, влияющие на температурный порог рекристаллизации.
14. Возврат (отдых и полигонизация). Сущность и движущая сила процессов. Влияние указанных процессов на физические и механические свойства кристаллических тел.
15. Рекристаллизация: первичная, собирательная, вторичная (внешние признаки, движущая сила, механизм, влияние на свойства).
16. Коалесценция и сфероидизация. Внешние признаки, движущая сила, механизм, влияние на свойства.










2.2 Конспект лекции

Общая характеристика механических явлений в твёрдых телах.

Изменение свойств металлов и сплавов без фазовых превращений в зависимости от внешних факторов.
Внешние факторы – силовое воздействие и температура.
К основным механическим свойствам, характеристики которых определяются при различных видах испытаний, относятся:
Упругость – способность тела восстанавливать свои форму и размеры после снятия нагрузки.
Пластичность – способность материалов изменять форму и размеры под действием внешней нагрузки. Характеризуется относительным удлинением 13 EMBED Equation.3 1415 и относительным сужением 13 EMBED Equation.3 1415.
Твёрдость – способность материалов сопротивляться контактным деформациям в процессе внедрения в него другого более твердого тела (индентора).
Прочность – способность материала сопротивляться воздействию статических нагрузок без разрушения.
Усталость – способность материалов сопротивляться воздействию циклических (переменных) нагрузок.
Ударная вязкость – способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам без разрушения.
Отдельную группу свойств составляют высокотемпературные свойства, характеристики которых определяются при длительных испытаниях на ползучесть – это:
а) высокотемпературная прочность;
б) длительная прочность.
Все механические свойства подразделяются на 2 группы:
1) упругие – обусловлены упругой деформацией, при которой после снятия нагрузки тело восстанавливает свои форму и размеры;
2) свойства, обусловленные пластической деформацией, при которой изменяется форма и размеры тела, и эти изменения сохраняются после снятия нагрузки.
Различают два вида пластической деформации:
а) классический – не изменяющийся во времени при T = const,
б) ползучесть – изменяющийся во времени при ( = const.

Примером классического вида пластической деформации являются механические испытания образцов на одноосное растяжение до разрыва. При этом фиксируется изменение напряжений (() в зависимости от деформации (() при постоянной скорости деформации. Эта зависимость называется диаграммой растяжения (рис.2.1). Напряжения рассчитываются как 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, где
( – условное напряжение, физический смысл которого – удельная реакция тела на приложенную нагрузку,
P – приложенная нагрузка,
S – площадь поперечного сечения.
Деформация: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (%)
( и ( вводятся для оценки деформационных процессов, реализующихся в теле.

Рис.2.1. Обобщенная диаграмма растяжения.

На диаграмме растяжения монокристаллов можно условно выделить 4 области.
I – область упругой деформации. Здесь напряжения линейно зависят от деформации в соответствии с законом Гука.
Закон Гука записывается для нормальных и касательных напряжений в следующем виде:
а) для нормальных напряжений, т.е. напряжений отрыва, действующих перпендикулярно рассматриваемой плоскости.




( = Е(, где
Е – модуль нормальной упругости, величина которого определяется силами межатомного взаимодействия.
б) для касательных напряжений, т.е. напряжений сдвига, вектор действия которых лежит в рассматриваемой плоскости.

·




· = G
· , где
G – модуль сдвига;
· – угловая деформация.
G и E определяются более точно с помощью резонансного метода внутреннего трения по резонансной частоте поперечных колебаний – G и по резонансной частоте продольных колебаний – E.
Между G и Е существует следующая зависимость
13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
где ( - коэффициент Пуассона или коэффициент поперечного сжатия.
Если растягивать тело вдоль оси Z, то это вызывает деформацию +(z, а по боковым направлениям происходит сжатие -(x и -(y для изотропного тела |(x| = |(y|
13 EMBED Equation.DSMT4 1415; ( для металлов
· = 0,25 ( 0,35)
При всестороннем растяжении (сжатии) определяется объёмный модуль упругости К.
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.

С микроскопической точки зрения механизм упругой деформации заключается в увеличении расстояния между атомами при воздействии внешней нагрузки, при этом связи не рвутся. После снятия нагрузки атомы возвращаются в свои условные центры кристаллической решетки. Поэтому такая деформация называется обратимой.
В области упругой деформации можно выделить 2 механические характеристики:
1) предел упругости ((упр) – максимальное напряжение, предшествующее пластической деформации (условный предел упругости – напряжение, соответствующее заданному уровню остаточной деформации);
2) предел пропорциональности ((пр) – максимальное напряжение, соответствующее закону Гука.
При превышении (упр начинается процесс пластической деформации (область ІІ, рис.2.1).
Однако даже с помощью самой современной техники можно фиксировать отклонения от закона Гука только после реализации 105 элементарных актов пластической деформации.
Элементарным актом пластической деформации является сдвиг одной части кристалла относительно другой на 1 межатомное расстояние. Основным механизмом пластической деформации является скольжение дислокаций. В этом случае сдвиг одной части кристалла относительно другой происходит путём передачи функций края экстраплоскости соседнему ряду атомов. Деформация по механизму скольжения может происходить вплоть до разрушения, величина деформации скольжением не ограничена. Скольжение возможно как в прямом, так и в обратном направлениях.

II область на диаграмме растяжения соответствует начальной стадии пластической деформации, когда дислокации движутся по параллельным плоскостям скольжения. Она называется стадией лёгкого или единичного скольжения.
Рассмотрим микроскопический аспект пластической деформации на примере монокристалла.
Согласно закону Шмида скольжение дислокаций начинается по достижении критического напряжения сдвига (или напряжения старта дислокаций)
·0. Такое напряжение достигается в первую очередь в плоскостях скольжения, расположенных под углом 45( к оси приложенной нагрузки (рис.2.2). Результатом движения дислокаций является выход на поверхность кристалла и образование ступенек.





Рис.2.2. Расположение первичных плоскостей скольжения
в монокристалле относительно оси приложенной нагрузки.

Каждая дислокация при прохождении по плоскости скольжения искажает кристалл. Эти искажения накапливаются в микрообъёмах вокруг плоскости скольжения, в результате чего, первичные плоскости скольжения со временем запираются и начинают работать другие соседние плоскости скольжения.
В зависимости от природы материала в одной плоскости скольжения может пройти определённое количество дислокаций, поэтому длина ступеньки на поверхности величина постоянная для данного материала (например, для Al: в = 600-700Е).
Набор плоскостей скольжения образуют пачку скольжения. Наборы пачек скольжения формируют полосы скольжения. Основная деформация сосредоточена в полосах скольжения, между которыми присутствуют недеформированные объемы кристалла. Этот факт отражает неравномерность пластической деформации монокристалла на стадии легкого скольжения.
Смещение пачек скольжения относительно друг друга приводит к потере первоначальной геометрии тела и изменяет его длину (L0(L). Одновременно происходит поворот пачек скольжения относительно оси приложенной нагрузки и угол
· уменьшается, что обеспечивает уменьшение площади поперечного сечения кристалла (рис.2.3).
13 EMBED KompasFRWFile 1415
Рис.2.3. Схема деформации монокристалла.

С макроскопической точки зрения описанный процесс происходит при достижении физического предела текучести (т, определяемого по диаграмме растяжения, как минимальное напряжение на площадке текучести, при котором удлинение образца происходит без заметного увеличения нагрузки.
С увеличением степени пластической деформации первичные плоскости скольжения исчерпывают себя, и вынуждены начать работать плоскости скольжения не параллельные первичным.
Эта картина соответствует началу III стадии – стадии деформационного упрочнения. Дислокации движутся по пересекающимся плоскостям, на них образуются ступеньки, петли и перегибы, возникают точки закрепления дислокаций. Кристалл вынужден генерировать новые дислокации, их плотность увеличивается (от 108 до 1012 см-2), что приводит к формированию дислокационных структур эволюционирующих от простых к сложным, например: клубковая, ячеистая, полосчатая (рис.4). Стартовые напряжения возрастают, уменьшается количество плоскостей скольжения, по которым возможно перемещение дислокаций.
В результате холодного пластического деформирования металл запасает 5-10% энергии, затраченной на деформирование. Металл упрочняется, т.е. повышаются характеристики прочности ((т и (в) и твердость; понижаются пластичность и ударная вязкость. Изменяются физические свойства: электросопротивление увеличивается, магнитная проницаемость уменьшается. Понижается коррозионная стойкость. Явление изменения прочностных свойств в результате пластической деформации получило название наклепа. Свойства наклепанного металла изменяются тем сильнее, чем выше степень пластической деформации.


- стадия единичного, лёгкого скольжения.



- множественное скольжение



- клубковая дислокационная структура (плотность дислокации сильно увеличилась)

- ячеистая дислокационная структура (одновременно с размножением дислокаций возможна их аннигиляция)


- фрагментированная структура, угол разориентировки между А и В ( >1(



- критическая структура. ( между А и В ( 10 ( 15(


Рис.2.4. Эволюция дислокационной структуры в процессе пластической деформации.

К концу третьей стадии кристалл разбивается на отдельные фрагменты. По мере увеличения степени пластической деформации фрагменты измельчаются, а угол разориентировки (
·) между ними растет. Стадия деформационного упрочнения на диаграмме растяжения ограничена пределом прочности ((в) – максимальным напряжением, которое выдерживает материал до разрушения. На вид диаграммы растяжения и протяжённость стадий деформации большое влияние оказывает физическая природа кристаллов и их строение.
Кроме механизма скольжения в кристаллах часто реализуется механизм пластической деформации двойникованием.
Двойникование – поворот одной части кристалла относительно другой в положение зеркального отображения.









Рис.2.5. Схема двойникования.

При двойниковании происходит кооперативный сдвиг атомов части кристалла, при котором каждый последующий слой атомов сдвигается на расстояние меньше межатомного, что соответствует прохождению частичной дислокации. Двойникование относительно одной плоскости двойникования может происходить только 1 раз и только в одном направлении, обеспечивающем образование зеркального отображения. Величина пластической деформации двойникованием ограничена. С увеличением скорости деформации вероятность реализации двойникования возрастает.
При высокой скорости приложения нагрузки реализуется механизм теоретической прочности. Его суть: разрыв всех межатомных связей по плоскости сдвига, изменение формы или размеров и последующее восстановление связей. В данной ситуации дислокации не могут обеспечить пластическое деформирование, т.к. их скорость движения ограничена. Из математического выражения для энергии движущейся дислокации следует: если скорость движущейся дислокации стремиться к скорости звука в металле (Vд(Vзв), то её энергия стремится к бесконечности, что невозможно с физической точки зрения.

13 EMBED Equation.3 1415, где

WДД - энергия движущейся дислокации,
WД - энергия неподвижной дислокации,
Vд - скорость дислокации,
Vзв – скорость звука в кристалле.

В случае приложения нагрузки со скоростью равной Vзв в материале или выше, реализуется механизм теоретической прочности пластической деформации. В результате такого деформирования материал не упрочняется, он остаётся пластичным и его коррозионная стойкость не изменяется. Практическое применение этот механизм нашёл в методе штамповки взрывом.
При повышенных температурах Т ( 0,7 Тпл реализуется механизм диффузионной ползучести, при котором движение дислокаций обеспечивается их взаимодействием с точечными дефектами. Потеря геометрии в данном случае возможна при напряжениях, много меньших предела текучести.

Деформация поликристаллов.

Пластическая деформация поликристаллических материалов имеет ряд особенностей, однако основные элементы деформации, рассмотренные на примере монокристалла сохраняются. Поликристалл можно рассматривать как совокупность произвольно ориентированных монокристаллов, разделенных высокоугловыми границами. Разная ориентация зерен является причиной неоднородного развития деформации в поликристаллическом теле. Деформация начинается не одновременно во всех зернах, а только в благоприятно ориентированных относительно оси приложенной нагрузки, т.е. в тех зернах, где действуют максимальные касательные напряжения в системе скольжения. Однако количество таких зерен в поликристалле ограничено, а которые есть – разобщены. Для обеспечения деформации образца в целом требуется участие большинства зерен, следовательно, должен существовать механизм передачи деформации от одних зерен к другим.
Дислокации в благоприятно ориентированных зернах на начальной стадии деформации скользят без серьезных помех, доходят до границ и скапливаются, т.к. граница для дислокаций является непреодолимым барьером. Вокруг скоплений возникают поля упругих напряжений, которые воздействуют на прилегающие участки соседних зерен и инициируют работу источников дислокаций в соседнем зерне, несмотря на неблагоприятную ориентировку систем скольжения в нем. По мере развития пластической деформации в процесс включается весь объем поликристалла. Доказано, что для сохранения плотного контакта между зернами и предотвращения образования несплошностей на границах, необходимо, чтобы в приграничных областях работало как минимум пять систем скольжения.
При значительной пластической деформации зерна вытягиваются в направлении приложенной нагрузки и приобретают преимущественную кристаллографическую ориентировку. Такое структурное состояние поликристаллов называется текстурой деформации (рис.2.6). Благодаря текстуре деформации металл становится анизотропным.

( = 0% ( = 1% ( = 40% ( = 80%

Рис.2.6. Формирование текстуры деформации.

В результате пластической деформации в поликристалле накапливаются остаточные напряжения, которые классифицируют по трем группам:
Остаточные напряжения 1-го рода – напряжения, которые уравновешиваются или релаксируют в объеме всего образца.
Остаточные напряжения 2-го рода - напряжения, релаксируют в объемах блоков и зерен.
Остаточные напряжения 3-го рода - напряжения, релаксируют на уровне кристаллической решетки.
Вид диаграммы растяжения зависит от многих факторов: структурных особенностей материала, скорости нагружения, температуры испытания. Для поликристаллических тел, как правило, отсутствует стадия легкого скольжения.
Наиболее часто встречающиеся диаграммы растяжения приведены на рис.2.7.



Рис.2.7. Основные типы диаграмм растяжения.

Диаграмма с площадкой текучести (рис.2.7а) соответствует пластичным материалам, деформирующимся в области площадки текучести путем распространения полосы Людерса (продвижение фронта локализованной пластической деформации вдоль рабочей части образца). Диаграмма на рис.2.7б характерна для малопластичных, хрупких материалов, когда размножение дислокаций сильно затруднено и разрушение происходит катастрофически быстро.
Если в металле имеются примеси, которые, взаимодействуя с дислокациями, образуют атмосферы и закрепляют их, то на диаграмме растяжения появляется зуб текучести (рис.2.7в). Точка 1 соответствует достижению напряжений отрыва дислокаций от примесных атмосфер. Точка 2 соответствует достижению напряжений, обеспечивающих скольжение дислокаций.
В определенном интервале скоростей деформации и температур для многих материалов (как правило, сплавов) на диаграммах растяжения появляются зубцы – явление прерывистой текучести (рис.2.7г). Природа этого явления может быть разной.

Структурное упрочнение кристаллических материалов.

Для поликристаллического агрегата важным фактором упрочнения являются границы зёрен, т.к. они являются практически непреодолимым препятствием для дислокаций. Зернограничное упрочнение описывается эмпирическим соотношением Холла-Петча.
13 EMBED Equation.3 1415, где
(0 - связано с упрочнением, обусловленным всеми видами взаимодействия дислокаций в отдельном зерне.
kd-Ѕ - характеризует величину перенапряжения, необходимую для обеспечения передачи скольжения от одного зерна к другому через границу.
d - размер зерна;
k - определяется, как tg угла наклона на графике зависимости (т = f(d-Ѕ)13 EMBED Equation.3 1415
k - не зависит от температуры и размера зерна для данного сплава.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Рис.2.8. Зависимость предела текучести от размера зерна.

Напряжение (0 определяется через критическое напряжение сдвига
·0, и является температурно-зависимой величиной.
Критическое напряжение сдвига в отдельном зерне складывается из многих факторов.

Приведём основные из них:
·0 =
·р +
·л +
·пр +
·r, где
13 EMBED Equation.3 1415- вклад в
·0, обусловленный силами трения кристаллической решетки, имеющими периодическую зависимость.

·л =
·Gb
·
·- сопротивление, создаваемое дислокациями.
( и k - параметры, зависящие от типа дислокаций.
G – модуль сдвига.
b – вектор Бюргерса.
( - плотность дислокаций.

·пр =
·13 EMBED Equation.DSMT4 1415- вклад в
·0, обусловленный взаимодействием дислокаций с примесными атомами.
U - энергия взаимодействия дислокаций с примесными атомами.
c - концентрация примесных атомов.
n, m - показатели степени, различные в различных теориях твёрдорастворного упрочнения.
n = 4/3; 3/2; 1.
m = 1; 1/2.

·-коэффициент пропорциональности.

·r - вклад в упрочнение, обусловленный взаимодействием дислокаций с частицами вторичной фазы (дисперсионное упрочнение).

Вернёмся к обобщённой диаграмме растяжения и рассмотрим последнюю IV стадию разрушения. IV область диаграммы растяжения начитается при достижении величины напряжений превышающих предел прочности.
Разрушение происходит в 2 этапа:
Образование трещины критического размера,
Распространение трещины по сечению образца.

Согласно энергетическому подходу Гриффитса, при образовании трещины, с одной стороны происходит высвобождение накопленной упругой энергии кристалла, что способствует снижению свободной энергии, с другой стороны образуются 2 новые поверхности, и чем они больше, тем больший вклад вносит поверхностная энергия в свободную энергию кристалла.








Рис.2.9. Изменение энергии системы при росте трещины.

График изменения энергии в зависимости от размера трещины представлен на рис.2.9.
При достижении трещины 13 EMBED Equation.DSMT4 1415кр, её дальнейшее раскрытие может произойти самопроизвольно, т.к. увеличение поверхностной энергии будет меньше высвобожденной упругой энергии.
Устье трещины является концентратором напряжений, здесь напряжения могут превышать напряжения в объёме в тысячи и десятки тысяч раз. Коэффициент концентрации напряжений определяется как
13 EMBED Equation.3 1415, где
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – длина дефекта, r – радиус закругления в вершине дефекта.

Чем острее трещина, тем выше коэффициент концентрации напряжений, тем быстрее произойдёт достижение напряжения теоретической прочности и как следствие отрыв одной части кристалла от другой. Разрушение путем отрыва происходит под действием растягивающих нормальных напряжений, при этом отрыв может произойти без предварительной макропластической деформации, что соответствует хрупкому разрушению. Если разрушение происходит путем среза под действием касательных напряжений, то разрушение является вязким. Именно на эти два типа подразделяются случаи разрушения в металловедении.
По механизму зарождения трещин они принципиально не различаются. Различия, в основном, определяют энергоемкость и скорость распространения трещины.
Хрупкое разрушение, происходит катастрофически быстро, со скорость 0,4 скорости звука в металле, поэтому является опасным с точки зрения надёжности материала. При хрупком разрушении распространяется острая трещина и предшествующая пластическая деформация много меньше, чем при вязком. Излом формируется ступенчатый, кристаллический, блестящий.
Вязкое разрушение обладает большей энергоемкостью, потому что распространения тупой трещины, сопровождается не только микроскопическими деформациями в устье трещины, но и пластической деформацией по значительному объему образца. Работа распространения вязкой трещины значительно больше, чем хрупкой. Формируется волокнистый или чашечный излом в «шейке» образца. Поверхность такого излома матовая.
По виду изломов можно определить характер разрушения материала. Этот метод называется фрактографией.
Чаще материал разрушается по смешанному механизму. Вид разрушения зависит от многих факторов: состава и структуры металла, условий нагружения и особенно сильно от Т(С. При понижении температуры характер разрушения изменяется от 100% вязкого к 100% хрупкому.
Температурный интервал резкого изменения характера разрушения называется порогом хладноломкости.
Положение температурного порога хладноломкости характеризует сопротивление материала хрупкому разрушению. Чем выше (Тхр, тем больше склонность к хрупкому разрушению. Эксплуатировать материал можно в том случае, если (Тхр лежит ниже температуры эксплуатации.
Ударная вязкость из всех механических характеристик наиболее чувствительна к снижению температуры. Изменение коэффициента ударной вязкости от Т(С имеет тот же характер, что и площадь вязкого излома. Поэтому (Т можно определить по графику KC U= f(T(C) рис.2.10 (б).
Коэффициент ударной вязкости, в зависимости от типа надреза в образце (рис.2.11) определяют при динамических испытаниях.
Основным критерием ударной вязкости является KCU, которая характеризует работу зарождения и распространения трещины.
В поликристаллических телах трещина при разрушении может распространяться по границам зерна или по телу зерна. Соответственно, говорят об интеркристаллитном (межзеренном) и транскристаллитном разрушении. При низких температурах интеркристаллитное разрушение обычно наблюдается в хрупких материалах и обусловлено наличием на поверхности границ зерен хрупких избыточных фаз или сегрегаций примесей.



Рис.2.10 Зависимость площади вязкого излома и коэффициента ударной вязкости от температуры испытаний.




(с инициированной трещиной)

Рис.2.11. Концентраторы напряжений трех видов в образцах для динамических испытаний.

Изменения структуры и свойств холоднодеформированных сплавов при нагреве.

При нагреве пластически деформированных металлов и сплавов происходят процессы, приводящие структуру в стабильное равновесное состояние. Изменения в структуре при нагреве условно подразделяют на возврат и рекристаллизацию.
Возврат - все изменения тонкой структуры, не сопровождающиеся изменениями микроструктуры, т.е. размеры и форма зёрен при возврате не изменяются. Возврат состоит из двух стадий:
1. Отдых - сопровождается уменьшением количества точечных дефектов, снятием остаточных напряжений и искажений. Напряжения III рода снимаются почти полностью (до 90%). Твёрдость и прочность уменьшаются на 10 - 15%, а пластичность повышается.
2. Полигонизация - процесс формирования субзёрен, разделённых малоугловыми границами. После отдыха, когда кристаллографические плоскости приобрели свою первоначальную геометрию, создаются условия для перемещения дислокаций. Активно начинают происходить дислокационные реакции, за счёт аннигиляции дислокаций разного знака их плотность уменьшается. Дислокации одного знака выстраиваются в стенки, образуя малоугловые границы, между которыми формируются субзерна или полигоны, практически свободные от дислокаций.
Тотд = 0,2 – 0,25 Тпл(К)
(по Бочвару, для чистых металлов)
Рекристаллизационные процессы развиваются при нагреве металлов и сплавов до температур, превышающих некоторое критическое значение, называемое температурой рекристаллизации -Трек.


Рис.2.12. Изменения тонкой структуры в процессе возврата.

Процесс первичной рекристаллизации заключается в зарождении и росте новых равноосных зёрен с минимальной плотностью дефектов и сопровождается полным замещением объёма металла на равновесную структуру.
Преимущественная кристаллографическая ориентация зёрен, приобретенная в процессе пластической деформации сохраняется, и говорят, что материал обладает текстурой рекристаллизации.








Рис.2.13. Изменения структуры в процессе первичной рекристаллизации.

Движущей силой процесса первичной рекристаллизации является разница свободных энергий деформированного металла и металла в равновесном состоянии.
Процесс первичной рекристаллизации приводит к значительному изменению механических свойств материала: твёрдость, прочность и пластичность приобретают додеформационные значения.

I – возврат,
II – первичная рекристаллизация,
III – собирательная рекристаллизация













Рис.2.14. Изменение механических свойств при нагреве деформированного металла.

Температура рекристаллизации определяется через температуру плавления (Тпл) материала:
Тр = а Ч Тпл (К), где
а – коэффициент, зависящий от ниже перечисленных факторов.
1) От степени пластической деформации: чем выше (%, тем больше движущая сила процесса первичной рекристаллизации, тем ниже Трек.
2) От чистоты металла: для особо чистых металлов а = 0,1 ( 0,2; для технически чистых металлов а = 0,3 ( 0,4; для твёрдых растворов а = 0,5 ( 0,6;
3) От размера зерна: чем меньше исходное зерно, тем больше границ, на которых образуются зародыши новых равноосных зёрен, тем ниже Трек.
Существует понятие критической степени пластической деформации, при которой ярко выражена неоднородность деформации зёрен и значительные различия упругих искажений. Это приводит к росту одних зёрен за счёт других менее устойчивых и формируется максимально крупное зерно.

(кр 40% (
(кр ( 5%

Рис.2.15. Зависимость размера рекристаллизованных зерен от степени пластической деформации.

Если после прохождения первичной рекристаллизации продолжить выдержку материала или повысить температуру, то начнётся самопроизвольный процесс укрупнения зёрен, который называется собирательной рекристаллизацией. Движущей силой собирательной рекристаллизации является выигрыш в энергии за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен.
Процесс собирательной рекристаллизации, так же как и первичной, идёт по диффузионному механизму, когда атомы диффундируют от одного зерна к другому.
Собирательная рекристаллизация тормозится, когда зерна становятся многогранниками, а плоские границы стыкуются под углом 120(. В такой ситуации все 3 зерна, находящиеся в контакте удерживают свои атомы на границе с одинаковой силой.
Рекристаллизация многофазных сплавов представляет собой более сложный процесс. Особое значение имеют размеры частиц второй фазы и среднее расстояние между ними. Чем ближе расположены частицы второй фазы, тем труднее перемещаться границе нового зерна, тем выше температура рекристаллизации и тем большее время требуется для завершения процесса первичной рекристаллизации.
Температура рекристаллизации имеет важное практическое значение. Чтобы вернуть пластичность материалу после деформации необходимо его нагреть до температуры выше Трек. Такая термическая обработка называется рекристаллизационным отжигом и часто используется как промежуточная термическая обработка между холодной обработкой давлением. Холодная обработка давлением подразумевает пластическое деформирование металлов и сплавов при температуре значительно ниже Трек, сопровождающееся деформационным упрочнением.
Если пластическая деформация проводится при температуре значительно выше Трек, то такая обработка называется горячей обработкой давлением. При этом наклёп металла будет немедленно сниматься рекристаллизационными процессами и после такой обработки не наблюдается деформационное упрочнение, а относительное удлинение (или степень деформации) может возрасти в 10 и 100 раз по сравнению с холодным деформированием.
Существует промежуточный вариант - тёплая обработка давлением, при котором скорость деформационного упрочнения превышает скорость рекристаллизации и наклёп снимается только частично.














13PAGE 15


13PAGE 14815


































































13 EMBED KompasFRWFile 1415

d-Ѕ


·


к = tg
·









































Приложенные файлы

  • doc 7795
    Размер файла: 707 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий