Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 16 )

Зміцнення при наклепі пояснюється зростанням на кілька порядків щільності дислокацій:

Їхнє вільне переміщення утрудняється взаємним впливом, також гальмуванням дислокацій у зв'язку зі здрібнюванням блоків і зерен, перекручуваннями решітки металів, виникненням напруг.

Вплив нагрівання на структуру й властивості деформованого металу: повернення й рекристалізація

Деформований метал перебуває в нерівновагому стані. Перехід до рівноважного стану пов'язаний зі зменшенням перекручувань у кристалічній решітці, зняттям напруг, що визначається можливістю переміщення атомів.

При низьких температурах рухливість атомів мала, тому стан наклепу може зберігатися необмежено довго.

При підвищенні температури металу в процесі нагрівання після пластичної деформації дифузія атомів збільшується й починають діяти процеси роззміцнення, що приводять метал у більше рівноважний стан – повернення й рекристалізація.

Повернення. Невелике нагрівання викликає прискорення руху атомів, зниження щільності дислокацій, усунення внутрішніх напружень і відновлення кристалічної решітки

Процес часткового разупрочнения й відновлення властивостей називається відпочинком (перша стадія повернення). Має місце при температурі

..

Повернення зменшує перекручування кристалічної решітки, але не впливає на розміри й форму зерен і не перешкоджає утворенню текстури деформації.

Полігонізація – процес розподілу зерен на частині: фрагменти, полігони в результаті ковзання й переповзання дислокацій.

При температурах повернення можливе угруповання дислокацій однакових знаків у стінки, розподіл зерна маловугловими границями.

Схема полігонізації: а – хаотичне розташування крайових дислокацій у деформованому металі; б – дислокаційні стінки після полігонізації.

У полігонізованому стані кристал має меншу енергію, тому утворення полігонів - процес енергетично вигідний.

Процес протікає при невеликих ступенях пластичної деформації. У результаті знижується міцність на (10...15) % і підвищується пластичність. Границі полігонів мігрують убік більшої об'ємної щільності дислокацій, приєднуючи нові дислокації, завдяки чому кути розорієнтовки зерен збільшуються (зерна аналогічні зернам, що утворяться при рекристалізації). Змін у мікроструктурі не спостерігається Температура початку полігонізації не є постійною. Швидкість процесу залежить від природи металу, змісту домішок, ступеня попередньої деформації.

Вплив нагрівання деформованого металу на механічні властивостей

Зміна структури деформованого металу при нагріванні

При нагріванні до досить високих температур рухливість атомів зростає й відбувається рекристалізація.

Рекристалізація – процес зародження й росту нових недеформованих зерен при нагріванні наклепаного металу до певної температури.

Нагрівання металу до температур рекристалізації супроводжується різкою зміною мікроструктури й властивостей. Нагрівання приводить до різкого зниження міцності при одночасному зростанні пластичності. Також знижується електроопір й підвищується теплопровідність.

1 стадія – первинна рекристалізація (обробки) полягає в утворенні центрів кристалізації й росту нових рівноважних зерен з неспотвореною кристалічною решіткою. Нові зерна виникають у границь старих зерен і блоків, де решітка була найбільш перекручена. Кількість нових зерен поступово збільшується й у структурі не залишається старих деформованих зерен.

Рушійною силою первинної рекристалізації є енергія, акумульована в наклепаному металі. Система прагне перейти в стійкий стан з неспотвореною кристалічною решіткою.

2 стадія - збірна рекристалізація полягає в росту нових зерен, що утворилися.

Рушійною силою є поверхнева енергія зерен. При дрібних зернах поверхня роздягнула більша, тому є великий запас поверхневої енергії. При укрупненні зерен загальна довжина границь зменшується, і система переходить у більше рівноважний стан.

Температура початку рекристалізації пов'язана з температурою плавлення, для металів, для твердих розчинів, для металів високої чистоти.

На властивості металу великий вплив робить розмір зерен, що вийшли при рекристалізації. У результаті утворення крупних зерен при нагріванні до температури t1 починає знижуватися міцність і, особливо значно, пластичність металу.

Основними факторами, що визначають величину зерен металу при рекристалізації, є температура, тривалість витримки при нагріванні й ступінь попередньої деформації

Вплив попереднього ступеня деформації металу на величину зерна після рекристалізації

З підвищенням температури відбувається укрупнення зерен, зі збільшенням часу витримки зерна також укрупнюються. Найбільш великі зерна утворяться після незначної попередньої деформації 3...10 % Таку деформацію називають критичною. І така деформація небажана перед проведенням рекристалізаційного відпала.

Практично рекристалізаційний відпал проводять для маловуглецевих сталей при температурі 600…700oС, для латуней і бронз – 560…700oС, для алюмінієвих сплавів – 350…450oС, для титанових сплавів – 550…750oС.

Лекція

 Залізовуглецеві сплави. Діаграма стану залізо - вуглець.

Структури залізовуглецевих сплавів. 

Залізовуглецеві сплави - сталі й чавуни - найважливіші металеві сплави сучасної техніки. Виробництво чавуну й сталі по об'єму перевершує виробництво всіх інших металів разом узятих більш ніж у десять разів.

Діаграма стану залізо - вуглець дає основне подання про будову залізовуглецевих сплавів - сталей і чавунів.

Початок вивченню діаграми залізо - вуглець поклав в 1868 році. Чернов уперше вказав на існування в сталі критичних крапок і на залежність їхнього положення від змісту вуглецю.

Діаграма залізо - вуглець повинна поширюватися від заліза до вуглецю. Залізо утворить із вуглецем хімічну сполуку: цементит. Кожну стійку хімічну сполуку можна розглядати як компонент, а діаграму - вроздріб. Оскільки на практиці застосовують металеві сплави зі змістом вуглецю до 6,67%, то розглядаємо частину діаграми стану від заліза до хімічної сполуки цементиту, що містить вуглець.

Діаграма стану залізо – цементит

Компоненти й фази залізовуглецевих сплавів

Компонентами залізовуглецевих сплавів є залізо, вуглець і цементит.

1. Залізо – перехідний метал сріблисто-світлого кольору. Має високу температуру плавлення – 1539o С 5o С.

У твердому стані залізо може перебувати у двох модифікаціях. Поліморфні перетворення відбуваються при температурах 911o С и 1392o С. При температурі нижче 911o З існує з об’ємноцентрованою кубічною решіткою. В інтервалі температур 911…1392oС стійким є із гранецентрованою кубічною решіткою. Вище 1392oС залізо має об’ємноцентровану кубічну решітку й називається або високотемпературне . Високотемпературна модифікація не являє собою нової алотропічної форми. Критичну температуру 911oС перетворення позначають крапкою , а температуру 1392o З перетворення - крапкою А4.

При температурі нижче 768o Із залізо феромагнітне, а вище – парамагнитно. Крапка Кюрі заліза 768o З позначається А2.

Залізо технічної чистоти має невисоку твердість (80 НВ) і міцність (межа міцності - /, границя текучості -/ ) і високими характеристиками пластичності (відносне подовження - /, а відносне звуження - /). Властивості можуть змінюватися в деяких межах залежно від величини зерна.

Залізо характеризується високим модулем пружності, наявність якого проявляється й у сплавах на його основі, забезпечуючи високу твердість деталей із цих сплавів.

Залізо з багатьма елементами утворить розчини: з металами - розчини заміщення, з вуглецем, азотом і воднем - розчини впровадження.

2. Вуглець ставиться до неметалів. Має поліморфне перетворення, залежно від умов утворення існує у формі графіту з гексагональною кристалічною решіткою (температура плавлення – 3500 0С, щільність – 2,5 г/см3) або у формі алмаза зі складною кубічною решіткою з координаційним числом рівним чотирьом (температура плавлення – 5000 0С).