Деформация поликристаллических веществ. Влияние ОМД на структуру и свойства металла

Лекция

План:

1. Деформация поликристаллических веществ, наклеп и рекристаллизация

2. Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла

Реальные металлы в литом или отожженном состоя­нии представляют поликристаллы, состоящие из большо­го числа связанных между собой беспорядочно ориенти­рованных зерен. Благодаря хаотичности расположения зерен поликристалл не проявляет анизотропии свойств, характерной для каждого зерна в отдельности. Такие ве­щества называют квазийзотропными (с кажущейся изотропностью). Анизотропия, свойств поликристаллов на­ходится в скрытом состоянии и может проявиться при упорядочении, ориентировки составляющих его кристал­литов. Располагающийся по границам зерен слой металла толщиной 1—2 мкм обогащен примесями. На границах зерен, скопляются дефекты кристаллической решетки, поэтому механические и физические свойства межкристаллитных прослоек и самих зерен существенно отли­чаются.

В зависимости от температуры, скорости деформации и структурного состояния поликристалла более прочным может оказаться или зерно, или межкристаллитная про­слойка, поэтому при разрушении поликристалла отделе­ние одной части от другой может произойти или по гра­ницам зерен — межкристаллитное разрушение, или по се­чению зерен — внутрикристаллитное разрушение.

Решающую роль в пластической деформации поли­кристалла выполняют также сдвигающие напряжения, возникающие от действия внешних сил.

В процессе пластической деформации зерна вытяги­ваются в направлении общего удлинения поликристалла, образуя волокнистую структуру Каждое зерно приобретает предпочтительную ориентировку по отношению к направлению действующей силы.

Появляющаяся таким образом общая кристаллогра­фическая направленность всех зерен, приводящая к по­явлению анизотропности в поликристалле, называется текстурой.

Глубокие структурные изменения приводят к измене­нию механических и физических свойств. Деформирован­ный металл становится твердым и хрупким, снижается его электропроводность, повышается растворимость в кислотах, склонность к коррозии, меняются и другие свой­ства. Комплекс изменений структуры и свойств металла в процессе пластической деформаций называют наклёпом или упрочнением.

Последствия наклепа устойчивы лишь при сравнитель­но низких температурах. При нагреве выше 0,2—0,3 тем­пературы плавления в градусах Кельвина происходит ослабление остаточных напряжений. Этот процесс, соп­ровождающийся небольшим повышением пластичности и снижением характеристик прочности (предела текучести и прочности), назы­вают отдыхом. При нагреве вы­ше 0,4 температуры плавления (°К) в де­формированном ме­талле начинается ре­кристаллизация, в про­цессе которой проис­ходит зарождение но­вых зерен и их рост. Постепенно структура металла обновляется. Образующиеся вновь зерна не имеют вытянутости и какой-либо преимущественной ориентировки. Почти полностью восстанавливаются свойства, характерные для недеформированного металла.

Размеры зерен после рекристаллизации зависят от степени предварительной деформации, температуры наг­рева и выдержки в нагретом состоянии.

Процесс рекристаллизации протекает во времени. Чем выше температура нагрева, тем быстрее проходит рекрис­таллизация и сильнее изменяются свойства металла.

Характер пластической деформации зависит от соотношения процессов упрочнения и разупрочнения. Губкиным С.И. предложено различать виды деформации и, соответственно, виды обработки давлением.

Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Деформация имеет место при температурах выше температуры начала рекристаллизации.

Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.

При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но протекают процессы возврата. Температура деформации несколько выше температуры возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата. Остаточные напряжения в значительной мере снимаются, интенсивность упрочнения снижается.

При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата.

Влияние холодной обработки на свойства обрабатыва­емого металла связано в основном с появлением наклепа. Для наклепанного металла характерны: волокнистая структура, состоящая из вытянутых, деформированных зерен; по­вышенные показатели твердости и прочности; пониженная пластич­ность; наличие остаточных напряжений; появление анизотро­пии свойств. Холодная обработка в чистом виде применяется срав­нительно редко.

Неполная холодная обработка ши­роко распространена. По влиянию на структуру и свойст­ва обрабатываемого металла она аналогична холодной деформации, но сопровождающий ее процесс отдыха обеспечивает достаточную пластичность для получения больших степеней деформации.

Горячая обработка металлов давлением широко рас­пространена в практике. С энергетической точки зрения она представляет наиболее выгодный процесс, так как нагретый металл деформируется легко, обладает хорошей пластичностью, а полученный в результате такой обработ­ки металл имеет однородную структуру и минимум оста­точных напряжений. При горячей деформации литого металла происходят его уплотнение, заваривание пузырей и неплотностей, раз­рушение хрупкой литой структуры. Поэтому свойства де­формированного металла несколько выше, чем у литого, как по показателям прочности, так и по показателям пластичности.

Неполная горячая обработка приводит к получению неоднородной структуры обрабатываемого металла, что отрицательно сказывается на его свойствах. Поэтому при­менения такой обработки стараются избегать.

Дата добавления: 2014-01-07