Решеточной неустойчивостью

На практике для снижения уровня (исключения) коробления, деформации и образования микротрещин в металле изделий используют различные методы, начиная от стадии конструирования деталей, выбора способа получения заготовки, процессов ОМД и заканчивая финишной термической и механической обработкой. Технологические процессы термической обработки деталей для предупреждения или уменьшения коробления и деформации должны отвечать следующим основным требованиям:

1)обеспечивать заданное изменение свойств металла при нормированной надежности результатов;

2)обеспечивать, по возможности, сохранение неизменными таких свойств изделий, как первоначальная геометрическая форма, размеры и качество поверхности.

К основным мероприятиям, снижающим вероятность коробления и деформации изделий при термической обработке относятся:

-при возможности предотвращать получение в термически обрабатываемых изделиях геометрических концентраторов напряжений (большой разнотолщинности, сложности геометрической формы, малых радиусов закруглений и др.)

-подготовка структурного состояния металла детали для финишной термической обработки (наиболее благоприятная структура- феррито-карбидная с дисперсными скоагулированными частицами, равномерно распределенными по объему металла);

-использование стадийности нагрева до заданной температуры;

-предотвращение существенного роста аустенитного зерна и исключение его разнозернистости при аустенитизации;

-использование подстуживания при упрочняющих режимах термической обработки;

-выбор закалочной среды и способа охлаждения деталей при упрочняющей термообработке, обеспечивающих получение требуемого структурного состояния в металле детали и минимальный уровень термических и структурных напряжений. Для снижения уровня коробления и деформации деталей необходимо обеспечить минимально приемлемую интенсивность охлаждения металла в мартенситном интервале температур и правильно выбрать температуру конца ускоренного охлаждения (для релаксации напряжений за счет самоотпуска мартенсита и получения определенного количества остаточного аустенита);

Часто в практике термической обработки при закалке и отпуске используются различные схемы предварительного заневоливания детали, увеличивающие вероятность сохранения формы детали после обработки.

В последние десятилетия при использовании современных методов исследования тонкой и атомной структуры металла было обнаружено явление возникновения в металлах и сплавах сверхпластичности при протекании полиморфных превращений и в течение определенного времени после их окончания. Это явление получило название в технической литературе кинетической пластичности. При использовании метода заневоливания деталей при закалке и отпуске с целью предотвращения деформаций явление кинетической пластичности (одна из разновидностей сверхпластичности) позволяет достигать хороших результатов при соответствующей технологической и методической подготовке. Возможен также вариант максимального приближения (по времени очередности выполнения) процесса правки изделий после закалки с полиморфным превращением в течение определенного (для каждой марки стали и сплава) времени после окончания полиморфного превращения.

Под термином сверхпластичность понимают аномальное изменение некоторых свойств металлических материалов под нагрузкой.

При этом материалы классифицируют по проявлению в них эффекта сверхпластичности на две группы:

-имеющие характерную микроструктуру, т.е. стабильное сверхмелкое зерно (³ 14 номера) в которых проявляется эффект сверхпластичности (получить такую микроструктуру весьма сложно, а в производственных условиях практически невозможно);

-испытывающие при термической обработке или деформации фазовые или структурные превращения, при которых наблюдается явление сверхпластичности (кинетической пластичности ), обусловленное так называемым эффектом решеточной неустойчивости.

К наиболее общим характеристикам сверхпластического течения материала относятся такие признаки:

-специфический характер зависимости истинных напряжений от степени деформации;

-высокая чувствительность напряжения течения металла от скорости деформации;

-значительное равномерное удлинение (может достигать ≈600% и более) образцов без образования шейки.

Временные зависимости существенно важны при технологическом использовании эффектов кинетических изменений свойств, в частности – в рассматриваемой области применения (например, при мартенситном превращении или при отпуске). На практике зажатие изделий в фиксирующих устройствах при закалке на мартенсит следует производить не позже образования в металле 3-5% мартенсита и вести охлаждение в таком заневоленном состоянии до образования не менее 80-90% мартенсита. При отпуске фиксация формы обрабатываемых изделий должна производиться до начала нагрева под отпуск.

При термической обработке с принудительным фиксированием формы используются закономерности кинетических изменений свойств:

1. Первым основным признаком кинетических изменений свойств материала служит существенное повышение показателей пластичности при воздействии внешних или внутренних деформирующих сил, обнаруживающееся во время протекания внутренних превращений.

2. Второй основной признак – одновременное понижение сопротивления пластическому деформированию, иногда – до значений, меньших предела упругости. Напряжение пластического течения не зависит от деформации, т.е. отсутствует деформационное упрочнение.

3. Кинетические изменения свойств обладают высокой степенью инвариантности по условиям, характеру, области проявления. Они обнаруживаются при всех видах фазовых и структурных превращений и во всех видах металлических материалов, которые подвергаются этим превращениям (металлы, сплавы, отдельные составляющие).

4. При кинетической пластичности, обусловленной только фазовыми превращениями, размеры зерен (вплоть до 1 см) несущественны; явление реализуется по фронту превращения. При кинетической пластичности, существенно меньшей по величине от сверхпластичности за счет сверхмелкого зерна, ее численные значения от геометрических размеров изделий не выявлены или малозаметны.

5. Изменения пластических свойств обнаруживаются при всех видах механического нагружения: растяжении, сжатии, кручении, изгибе, при испытаниях на сопротивление ползучести, способности к релаксации, при разнообразных способах циклического нагружения и т.п. Направление изменений соответствующих свойств всегда отвечает пп. 2 и 3.

6. Указанные изменения свойств являются временными: они возникают лишь в момент внутреннего превращения и исчезают, как только данное превращение заканчивается (либо в течение короткого времени после фазового превращения), или приостанавливается по какой-либо причине. С этого момента восстанавливаются обычные значения свойств материала, присущие достигнутому (фиксированному) новому фазовому и структурному состоянию (с учетом фактических температур до и после превращения). В этом смысле можно называть рассматриваемые изменения свойств обратимыми.

7. Конкретный характер, интенсивность и длительность проявления изменений свойств для данного материала определяются видом и степенью реализации соответствующего фазового или структурного превращения, т.е. природой процессов, протекающих на атомном уровне.

Дата добавления: 2014-10-23