Оборудование, инструменты и материалы для выполнения работы

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 19Следующая ⇒

Микроскопы МИМ-7 и МИМ-8; образцы технически чистого железа и цементованные образцы; окуляр-микрометр и объект-микрометр.

Задание

1. Определить цену деления окуляра-микрометра для данного объектива.

2. Определить размер зерна технически чистого железа двумя первыми способами.

3. Определить глубину цементованного слоя.

4. Написать отчет в соответствии с вышеизложенными пунктами.

Контрольные вопросы

1. Что такое объект-микрометр?

2. Что такое окуляр-микрометр?

3. Как определить цену деления окуляр-микрометра?

4. Что такое действительный размер зерна и от чего он зависит?

5. Какие способы определения величины зерна вы знаете? Какими пользовались при выполнении работы?

6. Как определить глубину цементованного слоя?

Лабораторная работа 9

Пластическая деформация и рекристаллизация металлов

Цель работы: изучение закономерности изменения микроструктуры и свойств металла при пластическом деформировании и рекристаллизационном отжиге.

Краткие сведения из теории

В настоящее время при изготовлении металлических изделий наиболее распространена обработка давлением (ковка, штамповка, прессование, волочение, прокатка и т.д.) При этом форма изделиям придается путем пластического деформирования металла. В результате изменяются строение металла и его свойства. Важно знать закономерности этого процесса и уметь управлять ими для получения определенной структуры металла и требуемых свойств изделий.

Под воздействием внешних сил сначала металл деформируется упруго. При дальнейшем возрастании нагрузки деформация становится пластической, при этом в металле происходят необратимые внутренние изменения.

Основным механизмом пластической деформации является скольжение линейных дефектов кристаллического строения металла – дислокаций – под воздействием приложенных напряжений (другой механизм – двойникование – в данной работе не рассматривается). Это скольжение осуществляется в плоскостях плотной упаковки по соответствующим направлениям достаточно легко и требует небольших усилий, чем и объясняется невысокое значение предела текучести металлов.

В поликристаллическом металле в связи с хаотичным расположением зерен вначале деформируются те из них, которые имеют благоприятную ориентировку по отношению к действующим напряжениям. При малых степенях деформации результат может наблюдаться в виде полос скольжения – параллельных линий, наблюдаемых в отдельных зернах в микроскоп. С увеличением степени деформации скольжение распространяется и на зерна с менее благоприятной ориентировкой. Форма зерен меняется, становится вытянутой (в соответствии с приложенной нагрузкой). Зерна поворачиваются, создается их преимущественная кристаллографическая ориентация – текстура. При этом в поликристаллическом металле возникает анизотропия. При очень больших степенях деформации (60% и более) происходит дробление зерен, что ведет к измельчению кристаллической структуры металла. Границы зерен как бы размываются, металл приобретает волокнистое строение.

С увеличением степени деформации возрастает сопротивляемость металла деформированию. Скольжению дислокаций препятствуют поля напряжений вокруг возникающих несовершенств строения. При пластической деформации возрастает количество точечных дефектов (вакансий и дислоцированных атомов) и, что более существенно, на несколько порядков увеличивается плотность дислокаций (до 10¹¹÷10¹² смпротив 10⁶÷10⁸ см^-2 в недеформированном металле). Распространению сдвиговой деформации при скольжении дислокаций препятствуют также граничные зоны зерен, протяженность которых тоже растет. Все эти изменения требуют все возрастающих усилий для дальнейшего деформирования. Упрочнение металла в результате пластической деформации (а в более широком смысле, и все выше описанные изменения в его строении, которые к этому приводят) называется наклепом или нагартовкой.

Наклепанный металл характеризуется (по сравнению с исходным) большей твердостью и прочностью, меньшей пластичностью и вязкостью. Уменьшается плотность, магнитная проницаемость, коррозионная стойкость, увеличиваются коэрцитивная сила, электросопротивление. В технике наклеп используют для объемного и поверхностного упрочнения металлических изделий.

В результате пластической деформации металл переходит в термодинамически неустойчивое состояние. Для его возвращения в устойчивое состояние необходим нагрев. При этом будет меняться структура металла и, как следствие, его свойства.

Процессы при нагреве деформированного металла подразделяются на возврат и рекристаллизацию.

Возврат протекает при температурах не выше 0,3Т_пли не приводит к изменению микроструктуры деформированного металла (изменения происходят внутри зерна и касаются только тонкой структуры). Стадии возврата – отдых и полигонизация.

Отдых – это процессы, связанные с перераспределением и частичным взаимным уничтожением точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов). Полигонизация – процесс, при котором дислокации самопроизвольно перемещаются в пределах зерна, частично аннигилируют и выстраиваются в стенки, что приводит к делению исходного зерна деформированного металла на полигоны – области с малой плотностью дислокаций (другое название – блоки или субзерна). Полигонизация в отличие от отдыха протекает только при определенных условиях – температуре и исходной степени деформации. Возврат практически восстанавливает физические свойства металлов, механические свойства при этом меняются незначительно.

Рекристаллизация первичная (рекристаллизация обработки) – процесс зарождения и роста в деформированном металле новых, более совершенных по строению зерен, приводящий к образованию новой микроструктуры взамен прежней. Центры рекристаллизации – субмикроскопические объемы с минимальным количеством дефектов, а значит, с минимальным запасом внутренней энергии, которые растут самопроизвольно за счет перехода атомов из окружающих деформированных зерен.

В результате первичной рекристаллизации твердость, прочность сплава понижаются, а пластичность и вязкость возрастают (по сравнению со свойствами деформированного металла), другими словами, механические свойства металла восстанавливаются, устраняется наклеп.

Чтобы рекристаллизация происходила, необходимо выполнение ряда условий:

· исходная степень деформации должна быть не меньшей некоторой минимальной, так называемой критической ε_кр(как правило, 3÷15%: для железа ε_кр равна 5÷6%, для меди около 5%, для алюминия 2÷3%);

· температура должна быть не меньше так называемой температуры начала рекристаллизации Т_рекр.

Температура рекристаллизации зависит от природы основного металла, наличия и количества примесей и легирующих элементов, а также исходной степени деформации. Установлено, что Т_рекр = α·Т_пл , где Т_рекр и Т_пл – соответственно температура рекристаллизации и температура плавления сплава в градусах Кельвина, α – коэффициент.

Это так называемая формула А.А. Бочвара. Коэффициент α тем больше, чем больше в металле примесей и легирующих элементов. Для технически чистых металлов он составляет примерно 0,4.

Термическая операция, заключающаяся в нагреве деформированного металла до температуры выше Т_рекр, выдержке и последующем медленном охлаждении называется рекристаллизационным отжигом. Практически температура рекристаллизационного отжига выбирается выше расчетной температуры рекристаллизации на 200÷300 ^оС.

Сформировавшиеся при первичной рекристаллизации новые равноосные зерна при соответствующих условиях (температуре, длительной выдержке) могут увеличиваться в размере, т.к. сплав с более крупным зерном характеризуется меньшей суммарной поверхностью границ зерен и меньшей поверхностной энергией, чем мелкозернистый сплав; таким образом, рост зерна обеспечивает большую термодинамическую стабильность. Рост одних зерен за счет исчезновения других, сопровождающийся миграцией границ зерен и приводящий к равномерному укрупнению зерна, представляет собой собирательную рекристаллизацию.

Неравномерное увеличение размера некоторых зерен, приводящее к разнозернистости сплава, называется вторичной рекристаллизацией.

Собирательная и вторичная рекристаллизация приводят к снижению механических свойств, особенности вязкости.

Размер зерна после рекристаллизации зависит в основном

· от исходной степени деформации – максимальный размер наблюдается при критической степени деформации, а затем с ростом исходной степени деформации размер зерна уменьшается;

· от температуры рекристаллизационного отжига – чем она выше, тем крупнее зерно.

Варьируя эти характеристики, можно получать зерно нужного размера. Рекристаллизационный отжиг широко применяют для управления формой и размерами зерна, текстурой и свойствами металлов сплавов.

Различают холодную обработку металлов давлением, которая производится при температурах ниже температуры рекристаллизации, и горячую обработку металлов давлением, которая производится при температурах выше температуры рекристаллизации. В первом случае всегда происходит наклеп металла, т.е. его упрочнение. При горячей обработке давлением одновременно с деформированием протекают и процессы полигонизации и рекристаллизации, поэтому в зависимости от условий деформирования (скорость процесса, степень деформации, скорость охлаждения после завершения процесса) наклеп может устраняться полностью или оставаться частично (так называемый горячий наклеп).

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 282; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 14 15 161718 19 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!