Пластична деформація та рекристалізація. Міцність металів

Поняття про пластичну й пружну деформації.

При пластичній деформації у металі відбувається переміщення кристалів, тобто одна частина кристалів переміщується відносно іншої. При усуненні сил деформації переміщена частина кристалів не повертається у попередній стан і деталь зберігає надану їй форму. Внаслідок пла

стичної деформації змінюється форма зерен і розташування їх у просторі, подрібнюються кристаліти, а структурні складові дістають певну орієнтацію. За допомогою пластичної деформації можна добувати метал з однаковими властивостями у всіх напрямках.

37При пружній деформації змінюються відстані між атомами. В разі усунення діючого навантаження метал набирає початкової форми. Отже, ці два види деформації металів принципово різні.

Наклеп у металі виникає під час пластичної деформації у холодному стані. При пластичній деформації в гарячому стані наклеп, який виник, знімається, тобто відбувається відновлення пластичності.

Для заліза пластичну деформацію при температурі вищій за температуру кристалізації прийнято називати обробкою в гарячому стані, а при температурі нижчій за температуру кристалізації — обробкою в холодному стані.

38При волочінні труб і дроту та при штампуванні в холодному стані виникає наклеп, який за цих умов називають нагартуванням. Нагартування змінює механічні властивості металу (рис. 37).

На рис. 38 показано схему пластичного зсуву атомів у ідеальній кристалічній решітці, тобто тоді, коли всі атоми вище від площини ковзання АА під дією сили Р зміщуються одночасно.

Зусилля (теоретичну міцність), необхідні для зміщення атомів, можна підрахувати за кількістю зміщених атомів, знаючи сили взаємного їх притягання. Виявляється, що теоретична міцність металів у сотні разів більша за реальну міцність. Отже, у реальних металах в процесі зсуву переміщуються тільки ті атоми, які певного мірою відокремлені від інших. Механізм зсуву атомів пояснюється теорією дислокацій.

На рис. 39 показано дислокаційну схему пластичного зсуву, сутність якого полягає в тому, що дислокація, позначена знаком Г, під дією сили Р переміщується праворуч, обминаючи сусідні атоми. Для такого зсуву потрібно значно менше зусиль, ніж для зсуву одночасно всіх атомів.

39Таким чином, процес зсуву атомів у кристалі відбувається з меншими зусиллями в тому випадку, коли в металі буде велика кількість дислокацій, якщо ж дислокація відсутня, то напруги дорівнюють теоретичній міцності кристалів.

Дослідження ниткоподібних залізних кристалів у вигляді вусів дуже малих розмірів (діаметром кілька мікрон і довжиною кілька міліметрів) показали, що міцність цих кристалів становить 1300 кгс/мм2, що приблизно відповідає теоретичній міцності.

Утворення бездислокаційних металічних кристалів — справа складна і практичне застосування цих матеріалів для технічних цілей поки що неможливе.

Тепер застосовують інший метод зміцнення металів — створюють різними способами такі щільності дислокацій, за яких реальна міцність значно перевищує мінімальну, відповідну критичній щільності дислокацій.

На рис. 40 схематично зображено залежність міцності кристалів від щільності дислокацій та інших спотворень решітки

40Підвищення міцності металів при утворенні високої щільності дислокацій пояснюється тим, що дислокації у металі виникають у різних площинах і напрямках. Таке сполучення дислокацій заважає їх переміщенню, в зв'язку з чим реальна міцність металів зростає. Спотворення кристалів, які виникають при термообробці, при легуванні сталей і механічному наклепі, дають можливість перешкоджати переміщенню дислокацій і сприяють підвищенню їх міцності.

Однак, зміцнення кристалів за рахунок створення високої щільності дислокацій і різних спотворень не запезпечує теоретично необхідної міцності металів. Проте, наявність у металів пластичних властивостей є дуже важливим фактором при здійсненні різних технологічних процесів, наприклад при прокатуванні металів, волочінні, штампуванні та ін. Для виготовлення деталей машин, з метою запобігання руйнуванню деталей, застосовують металщ які мають високу пластичність.

Встановлено, що крихкий метал руйнується при відриві, а у в'язкому стані — при зрізанні. Відрив відбувається по границях зерен, а зрізання — безпосередньо через зерна.

Деталі машин мають переважно складні конфігурації і тому неминучі появи галтєлей, виїмок, поглиблень і отворів, які є концентраторами напруг. Ці напруги у деталях, виготовлених з крихких металів (білий чавун, високовуглецева сталь), можуть перевищувати його міцність, що призведе до появи тріщин. У деталях, виготовлених з пластичного металу, виникають напруги, які витрачаються на місцеві пластичні деформації металу, таким чином, відбувається вирівнювання й перерозпо

діл напруг. Тому при зміцненні деталей необхідно забезпечувати певний запас пластичності металу. Спеціальними випробуваннями встановлюють умови переходу металу з в'язкого в крихкий стан.

Внаслідок випробувань встановлено, що, наприклад, дрібнозерниста сталь менш чутлива до надрізів, змін температур і швидкості удару, ніж крупнозерниста. Тому деталі машин і конструкцій, виготовлені з дрібнозернистої сталі, більш надійні.

41Щоб усунути напруги в металі, що виникають при наклепі, застосовують рекристалізаційний відпал. Температури рекристалізаційного відпалу визначають залежно від температур плавлення металів за формулою

Трекр=аТ пл,

де Трекр—абсолютна температура рекристалізації;

ТпЛ— абсолютна температура плавлення;

а — коефіцієнт чистоти металу.

Для металів з великим ступенем чистоти коефіцієнт 0=01 -і-0,2; у деяких сплавів він може досягати 0,8; у металів звичайної технічної чистоти, які застосовують у машинобудуванні, а=0,3=0,4.

На рис. 41 зображено схему зміни будови наклепа- ного (нагартованого) металу при нагріванні. Першим етапом рекристалізаційного відпалу є поворот. Щоб одержати поворот досить нагріти м'яку сталь до 300— 400° С. При такій температурі зменшуються спотворення у кристалічних решітках, внаслідок чого твердість і міцність металу знижуються на 20—30%, а пластичність їх значно зростає. При дальшому нагріванні (рис. 41, а) утворюються нові зерна, а потім відбувається зростання кристалів (рис. 41, б). Внаслідок відпалу метал дістає властивості, які він мав до наклепу.


26.12.2015
1313

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!