Влияние пластической деформации на структуру стали

Министерство аграрной политики и продовольствия Украины

Таврический Государственный  Агротехнологический Университет

 

 

Реферат

на тему: «Влияние пластической деформации на структуру стали»

 

 

 

 

 

 

 

Работу подготовила              

                                                                                Студентка 12 ПМ

                                                                                  Яценко Ирина

Работу проверил:

Черкун Виталий Владимирович

 

 

 

Мелитополь 2012

План:

1. Пластическая деформация
2. Холодная и горячая пластическая деформация материалов
3. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Пластическая деформация  – это необратимое изменение формы и размеров материала под действием нагрузки без раз- рушения. Пластичность является важнейшим свойством металлов. В неметаллах ее нет –   при механическом нагружении сразу после упругой деформации возникают микротрещины, ведущие к катастрофическому разрушению.

2. Различают холодную и горячую пластическую деформацию материалов.  

 

 

 

Рис. 1. Изменение структуры  металла при холодной пластической деформации:

а – до деформации; б –  после обжатия на 20 \%; в – на 45 \%; г – на 70 \%

Рассмотрим холодную пластическую деформацию на примере однофазного  поликристаллического металлического сплава (рис. 1, а). 

 

Процессы при холодной пластической деформации металлов и сплавов 

 

1. Пластическая деформация  начинается в металле, когда  напряжение достигает предела  текучести.При этом в некоторых  зернах поликристалла начинается  движение дислокаций по плоскостям скольжения, вдоль которых действуют наибольшие сдвиговые напряжения (рис. 1, б). При увеличении нагрузки сдвиг начинается и в других зернах, где плоскости скольжения ориентированы менее благоприятно.

2. Пластическая деформация  приводит к изменению формы  зерен – они вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла (рис. 1, в).

3. Одновременно с движением  дислокаций происходит увеличение  их количества, растет искаженность кристаллической решетки. Это все более затрудняет скольжение дислокаций, а значит и пластическую деформацию – металл упрочняет- ся, а его пластичность падает.

Наклеп – увеличение прочности материала под действием пластической деформации. Одновременно с этим растет электрическое сопротивление, коэрцитивная сила металла, но уменьшается его пластичность, коррозионная стойкость, магнитная проницаемость.

Такую обработку (иначе  называют – нагартовка) широко применяют  в технике для поверхностного упрочнения деталей. Листовой металл для  штамповки часто поставляют потребителю  в наклепанном состоянии.

4. При больших степенях  деформации зерна очень сильно  вытягиваются (рис. 1, г) и металл  приобретает волокнистое(строчечное) строение.

В исходном (отожженном) состоянии  металл был изотропен (его свойства одинаковы в разных направлениях), так как внутри равноосных зерен  кристаллическая решетка была ориентирована  в пространстве случайным образом.

В холоднодеформированном металле механические свойства вдоль  направления прокатки и поперек ее резко отличаются. Причина в том, что поперек прокатки встречается много границ зерен, которые обычно ослаблены скоплением вредных примесей и менее прочны.

Одновременно с изменением формы зерен в процессе сдвига внутри них происходит поворот в пространстве кристаллической решетки. Это приводит к формированию текстуры деформации – общая кристаллографическая направленность всех зерен в прокате. Это может быть общая плоскость кристаллической решетки (при листовой прокатке) или одинаковое направление (при волочении проволоки). Следует отметить, что все остальные направления и плоскости внутри разных зерен будут произвольно ориентированы – металл остается поликристаллом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процессы  при нагревании холоднодеформированного  металла 

 

Чтобы понять, где находится  граница между холодной и горячей  деформацией, рассмотрим, что происходит при нагревании наклепанного металла.

После холодной деформации в материале накоплена большая  избыточная энергия: атомы смещены  из своих положений равновесия (есть остаточные внутренние напряжения), высокая  плотность дислокаций, образующих сложную пространственную сетку, вытянутые деформированные зерна (рис. 2, а). Таким образом, металл находится в неравновесном состоянии, выйти из него он не может, так как при низких температурах диффузионная подвижность атомов мала. 

 

 

 

Рис. 2. Изменение структуры  при нагревании наклепанного металла: а – деформированный материал; б – начало; в – конец первичной  рекристаллизации; г – после собирательной  рекристаллизации 

 

С ростом температуры скорость диффузии увеличивается, что позволяет  проходить процессам залечивания  дефектов и разупрочнения наклепанного металла:

1. При температуре Т  = (0,1…0,2)Тпл скорость диффузии  атомов достаточна, чтобы они вернулись в равновесные положения, соответствующие узлам кристаллической решетки (уменьшается количество точечных дефектов). При этом начина- ют сниматься остаточные внутренние напряжения в кристаллитах. Этот процесс получил название отдых металла. Здесь – Тпл – температура плавления металла, К.

2. При нагреве до (0,2…0,3)Тпл  начинается переползание (диффузионное  движение) дислокаций внутри деформированных зерен, количество их уменьшается, остальные выстраиваются в стенки, разбивая кристаллит на многоугольные области

(полигоны). Этот процесс  назвали полигонизацией. При этом  начинает уменьшаться прочность и расти пластичность наклепанного металла, почти полностью восстанавливаются магнитные и электрические свойства.

Процессы отдых и полигонизация  объединяют одним термином – возврат  металла.

3. При нагреве до Трекр  = (0,3…0,4) Тпл  скорость диффузии атомов возрастает настолько, что они могут оторваться от кристаллической решетки деформированного зерна (где они имеют очень высокую энергию) и на его границах образовать зародыши новых неискаженных кристаллитов (рис. 2, б). Новые зерна растут, а старые (результат механической обработки) исчезают (рис. 2, в). Поэтому такой процесс называют первичная рекристаллизация или рекристаллизация обработки. Его движущей силой, направляющей диффузию атомов от старых зерен к новым, является уменьшение объемной энергии кристаллической решетки.

Нагрев до температуры  рекристаллизации Трекр позволяет  полностью восстановить механические и физические свойства металла.

4. Если продолжить увеличение  температуры до Т = (0,5…0,6)Тпл,  в металле начинается вторичная  или собирательная рекристаллизация, при которой увеличивается размер  зерен. Движущей силой этого  процесса является сокращение  площади границ зерен, а значит  и поверхностной энергии материала.

Рост зерна охрупчивает  металлы, снижая их прочность, но благоприятно сказывается на магнитных свойствах  железных сплавов. Такой нагрев используют для отжига трансформаторных сталей.

Горячая пластическая деформация металла  

 

Границей между холодной и горячей пластической деформацией  является температура начала первичной рекристаллизации, которая определяется по формуле А.А. Бочвара

Трекр = aТпл, (1)

где коэффициент a равен 0,1…0,2 для металлов высокой чистоты, 0,3…0,4 – для технически чистых металлов и 0,5…0,7 –

для твердых растворов.

Горячая пластическая деформация металла идет при температурах выше его Трекр  рекристаллизации. При этом одно- временно с деформационным искажением его кристаллической решетки идет диффузионное залечивание всех вносимых дефектов. Поэтому материал не теряет при таких температурах пластичности и других свойств, характерных для отожжен- ного состояния.

С?°С), которая пластически деформируется при минус 20 °Пример . Будет ли расти твердость заготовки из технически чистого олова (Тпл = 232

С = 232 + 273 К = 500 К. Определим  по формуле        (1)        температуру       рекристаллизации       =        (0,3…0,4)        Тпл            =        (0,3…0,4)       500        К        =°Решение. Переведем температуру плавления олова в градусы Кельвина = 232

С = 253 К.°= 150…200 К. Сравним полученный результат с температурой пластической деформации Тдеформ = –20

Тдеформ > Трекр, значит деформация горячая, олово не будет наклепываться, поэтому его твердость расти  не будет. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. http://bananabooks.net/book/61-materialovedenie-baryshev-ga/9-vliyanie-plasticheskoj-deformacii-na-prochnost-metallov-i-splavov.html
2. http://xn--80aagiccszezsw.xn--p1ai/lekcii/materialovedenie/konstrukcionnaya-prochnost-materialov-osobennosti-deformacii-polikristallicheskix-tel-vliyanie-plasticheskoj-deformacii-na-strukturu-i-svojstva-metalla-naklep-vliyanie-nagreva-na-strukturu-i-svojs