Міністерство освіти і науки України
Донбаський державний технічний університет
Кафедра ОМТ
Контрольна робота
з дисципліни Металознавство
на тему
"Пластична деформація і рекристалізація металів і сплавів "
Виконав:
ст. гр. ПМГ-А-08з
Закіров А.Т.
Алчевськ 2009
Пластична деформація і рекристалізація металів і сплавів
1. Механізм пластичної деформації
В основі пластичного деформування металів лежить переміщення дислокацій практично при будь-яких температурах і швидкостях деформування . Сутністю пластичного деформування є зрушення в результаті якого одна частина кристала зміщується по відношенню до іншої частини. Для зсуву в ідеальному кристалі, у якому всі атоми на площині зсуву відразу переміщаються на одне міжатомну відстань, потрібно, як показують розрахунки, дотичне напруження 0,1 G (G - модуль пружності зсуву). У реальних кристалах зсув відбувається при напругах всього 10 - 4 G, що в 1000 разів менше теоретично необхідних. Це пояснюється тим, що відбувається за рахунок ковзання дислокацій і в ньому бере участь незначна частка атомів, розташованих на площині зсуву (рис.1).
Є два різновиди зсуву: ковзання і двійникування. В обох випадках пластична деформація пов'язана з певними площинами і напрямками в решітці.
Фактично пластична деформація здійснюється за рахунок переміщення дислокацій. Розглянута схема пластичної деформації дозволяє зробити висновок; що процес зсуву в кристалі буде відбуватися тим легше, чим більше дислокацій буде в металі. Великі деформації можливі тільки внаслідок того, що рух первинних дислокацій викликає появу великої кількості нових дислокацій в процесі пластичної деформації (рис.2).
а)
б)
Малюнок 1. Схема деформації: а) схема пластичного зсуву в ідеальній кристалічній решітці; б) дислокаційна схема пластичного зсуву
Однак, виявляється, що реальна міцність металів падає зі збільшенням числа дислокацій тільки спочатку. Досягнувши мінімального значення при деякої щільності дислокацій, реальна міцність знову починає зростати. Такого роду залежність між реальної міцністю і щільністю дислокацій (і інших недосконалостей) схематично представлена ​​на рис.3. Підвищення реальної міцності із зростанням щільності дислокації пояснюється тим, що при цьому виникають не тільки паралельні один одному дислокації, але і дислокації в різних площинах і напрямах. Такі дислокації будуть заважати один одному переміщатися, і реальна міцність металу підвищиться.
Отже, в тій чи іншій ступеня наявність дислокацій в реальному металевому кристалі є причиною більш низькою його міцності в порівнянні з теоретичної, і одночасно придающей здатність пластично деформуватися.
Малюнок 2. Механізм освіти дислокації в процесі пластичної деформації
Малюнок 3. Міцність кристалів в залежності від спотворень решітки (числа дефектів):
1 - теоретична міцність;
2 - чисті неупрочненние метали;
3 - сплави, зміцнені легуванням, наклепом, термічної і термомеханічної обробкою.
Здатність реального металу пластично деформуватися є його найважливішим і корисними властивостями. Це властивість використовують при різних технологічних процесах - при протяжці дроту, операціях гнучкі, висадки, витяжки, штампування і т.д. Велике значення воно має і для забезпечення конструктивної міцності або надійності металевих конструкцій, деталей машин та інших виробів з металу. Досвід показує, що якщо метал перебуває в крихкому стані, тобто якщо його здатність до пластичного деформації низька, то він у виробах схильний до раптовим так званим крихким руйнуванням, які часто відбуваються навіть при знижених навантаженнях на виріб.
2. Наклеп
У процесі деформації пара рухомих дислокацій породжує сотні і сотні нових, в результаті цього щільність дислокацій підвищується, що і призводить до зміцнення (підвищення межі міцності) - рис.4.
Малюнок 4. Зміна міцності в залежності від щільності дислокацій (високоміцна сталь)
Зміцнення металу під дією пластичної деформації називається наклепом, або нагартовки.
Пластична деформація вносить істотні зміни в будову металу. Кристалічна структура пластично деформованого металу характеризується не тільки спотворенням кристалічної решітки, а й певною орієнтуванням зерен - текстурою.
Безладно орієнтовані кристали під дією деформації повертаються осями найбільшою міцності вздовж напрямку деформації (рис.5).
Із збільшенням деформації ступінь текстурованності зростає і при великих ступенях деформації досягає 100%, тобто всі зерна виявляються однаково орієнтованими.
Не слід думати, що в Внаслідок деформації зерно подрібнюється. У дійсності воно тільки деформується, сплющується і з равноосной перетворюється в нерівноосних (в вигляді коржа, млинця), зберігаючи ту ж площу поперечного перерізу.
Малюнок 5. Зміна мікроструктури при пластичній деформації полікристала
3. Властивості пластично деформованих металів
В результаті холодного пластичного деформування метал зміцнюється і змінюються його фізичні властивості - електроопір, магнітні властивості, щільність. Наклепанной метал запасає 5 - 10% енергії, витраченої на деформування. Запасена енергія витрачається на утворення дефектів решітки (наприклад, щільність дислокацій зростає до 10 9 -10 12 см - 2 ) і на пружні спотворення решітки. Властивості наклепаного металу змінюються тим сильніше, чим більше ступінь деформації.
При деформуванні збільшуються міцнісні характеристики (твердість; s В ; s Т ; s УПР ) і знижуються пластичність і в'язкість (d, y, KCU). Метали інтенсивно наклепиваются в початковій стадії деформування, після 40%-ної деформації механічні властивості змінюються незначно (Рис.6). Зі збільшенням ступеня деформації межа плинності зростає швидше межі міцності (тимчасового опору). Обидві характеристики у сильно наклепанной металів порівнюються, а подовження стає рівним нулю. Таке стан наклепаного металу є граничним, при спробі продовжити деформування метал руйнується. Шляхом наклепу твердість і тимчасове опір (межа міцності) вдається підвищити в 1,5 - 3 рази, а межа плинності - в 3 - 7 разів при максимально можливих деформаціях. Метали з ГЦК-решіткою упрочняются сильніше металів з ОЦК-гратами.
Малюнок 6. Залежність механічних властивостей від ступеня деформації
З ростом ступеня деформації зростає питомий електроопір, коерцитивної сила, знижується магнітна проникність, залишкова індукція і щільність металу.
наклепанной метали більш активно, вступають в хімічні реакції, вони легше піддаються корозії і схильні до корозійного розтріскування. При великих ступенях деформації в результаті освіти текстури деформації проявляється анізотропія механічних і магнітних властивостей.
Зміцнення при наклепу широко використовують для підвищення механічних властивостей деталей, виготовлених методами холодної обробки тиском. Зокрема, наклеп поверхневого шару деталей підвищує опір втоми.
У промисловості широко застосовують такі високопродуктивні ефективні і дешеві способи поверхневого зміцнення деталей: дробоструминний наклеп, накочення поверхні роликами або кульками, чеканка спеціальними бойками, Гідроабразивний наклеп та ін
Ці способи дозволяють значно збільшити довговічність деталей, підвищити міцність і твердість, зменшити пластичність і в'язкість.
дробеструйні наклеп здійснюється потоком сталевої або чавунної дробу (діаметр 0,4 - 2,0 мм , твердість 62 - 64 HRC), вдаряє об поверхню готової д...
