Контрольная работа по "Анализу материаловедения"

 

5. Описать явления наклепа, возврата и рекристаллизации.

Текстура деформации создает кристаллическую анизотропию, при которой наибольшая разница свойств проявляется для направлений, расположенных под углом 45^o друг к другу. С увеличением степени деформации характеристики пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость) уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести, предел прочности) и твердость увеличиваются (рис. 1). Также повышается электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность, магнитная проницаемость.

Рис.1. Влияние  холодной пластической деформации на механические свойства металла 

Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют деформационным упрочнением или наклепом.

Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций:

Их свободное перемещение  затрудняется взаимным влиянием, также  торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений. 

Деформированный металл находится  в неравновесном состоянии. Переход  к равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в  кристаллической решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов.

При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому  состояние наклепа может сохраняться  неограниченно долго.

При повышении температуры  металла в процессе нагрева после  пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация.

Возврат. Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки

Процесс частичного разупрочнения  и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре

_..

Возврат уменьшает искажение  кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и  не препятствует образованию текстуры деформации.

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность  атомов возрастает и происходит рекристаллизация.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность.

1 стадия – первичная  рекристаллизация (обработки) заключается  в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Движущей силой первичной  рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Система  стремится перейти в устойчивое состояние с неискаженной кристаллической  решеткой.

2 стадия – собирательная  рекристаллизация заключается в росте образовавшихся новых зерен.

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При  мелких зернах поверхность раздела  большая, поэтому имеется большой  запас поверхностной энергии. При  укрупнении зерен общая протяженность  границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

,

для металлов

для твердых растворов 

для металлов высокой  чистоты 

На свойства металла  большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных  зерен при нагреве до температуры t₁ начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

Основными факторами, определяющими  величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность  выдержки при нагреве и степень  предварительной деформации (рис. 2).

Рис. 2. Влияние  предварительной степени деформации металла на величину зерна после  рекристаллизации 

С повышением температуры  происходит укрупнение зерен, с увеличением  времени выдержки зерна также  укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10 %. Такую деформацию называют критической. И такая деформация нежелательна перед проведением рекристаллизационного отжига.

Практически рекристаллизационный отжиг проводят дпя малоуглеродистых сталей при температуре 600…700^oС, для латуней и бронз – 560…700^oС, для алюминевых сплавов – 350…450^oС, для титановых сплавов – 550…750^oС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Справочное руководство. Редакционная коллегия И. В. Горынин и др. Москва “Металлургия”, 1978.
2. Арзамасом Б. Н., Макарова В. И.. Материаловедение. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2004.
3. Евстратова И.И. Материаловедение/ И.И. Евстратова и др. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2006.
4. Колесов С. Н., Колесов И. С.. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М.: Высшая школа, 2004.
5. Сушков А.И.. Металлургия алюминия. М.: Металлургия, 1971.
6. Тушинский Л.И.. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов, А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. – М.: Мир, 2004.
7. Фетисов Г.П.. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман и др. – М.: Высшая школа, 2001.