44.Принципы термической обработки металлов Отжиг, закалка,отпуск

Для придания металлам и сплавам необходимых свойств их подвергают термической обработке.

1) Отжиг – техническая обработка, в процессе которой производится нагрев деталей из стали до требуемой t с последующей выдержкой и медленным охлаждением в печи для получения однородной, равновесной, менее твердой структуры, свободной от остаточных напряжений

2) Закалка состоит в нагреве стали выше её t фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждений с целью получения при комнатной t неравновесных структур, обеспечивающих более высокую прочность и твёрдость стали.

3) Отпуск – техническая обработка, представляющая собой нагрев закалённого сплава ниже t фазовых превращений для приближения его структуры к более устойчивому состоянию.

8. Влияние пластической деформации на свойства металлических материалов: механические и электрические

Механические свойства, характеризующие поведение мате­риалов под действием нагрузок, играют важную роль в оценке их качеств. Любая конструкция для надежной работы должна обладать-достаточной механической прочностью.

Как известно, действие нагрузки вызывает в теле деформа­цию, т. е. изменение относительного расположения его частиц.

Относительные изменения размеров (длины, площади попе­речного сечения, сдвига параллельных плоскостей и т. п.) слу­жат деформационными характеристиками.

пластическая деформация — необратимая, остающаяся после снятия нагрузки; де­формация, не связанная с нарушением сплош­ности тела;

Если частицы под действием внешних сил переместятся через потенциальные барьеры, то после снятия нагрузки в исходные поло­жения частицы не возвращаются. Будет иметь место пластиче­ская деформация. Пластическая деформация снижает в значи­тельной мере упругие напряжения и энергию кристаллической решетки под нагрузкой, переводит тело в более устойчивое в ус­ловиях нагрузки состояние. Если представить себе, что сдвиг всех атомов в соседних слоях решетки происходить одновремен­но, как сдвиг карты в колоде, пластическая деформация долж­на происходить при напряжениях порядка тысяч МН/м², между тем реальные монокристаллы деформируются пластически при напряжениях всего в тысячные доли МН/м². Чтобы объяснить это расхождение, приходится предположить, что не нее атомы смещаются одновременно и что для их смещения требуется меньшая энергия активации. Способствуют этому дислокации, снижающие потенциаль­ный барьер.

Ha рис. 2.2, а показана кристаллическая решетка недеформированного материала. Появление дислокации (рис. 2.2, б) вызывается приложением нагрузки (в некотором количестве они изначально присутствуют в кристалле). Под действием при­ложенных сил дислокации перемещаются вправо (рис. 2.2, в, г, 6) и, наконец, выходят из кристалла. Результатом является сдвиг на величину межатомного расстояния (рис. 2.2, е).

Наличие и движение дислокации позволяет в каждый мо­мент перемещать лишь малое число атомов и на небольшое рас­стояние, что требует меньшего усилия, чем перемещение всех атомов плоскости одновременно.

Если сдвигающая сила продолжает действовать, то вслед за первой сдвиговой волной может пройти вторая, третья и т. д., когда первый сдвиг еще и не выйдет на противоположную по­верхность.

Таким образом, дислокация облегчает скольжение, т. е. разупрочняет материал. Это приводит к выводу, что кристалл без дислокаций, с идеальной структурой должен обладать весьма высокой прочностью. И действительно, в последнее время были получены весьма тонкие кристаллы металлов, почти не содер­жащие линейных дислокаций; их прочность оказалась близкой к теоретической. Например, для железа, имеющего теоретиче­скую прочность примерно 14 000 МН/м², экспериментально по­лучены тончайшие кристаллы, называемые «усами» с прочно­стью до 13000 МН/м².

«Усы» из нержавеющей стали, сапфира и других материалов, сцементированные более легкоплавкими металлами или пласт­массами, уже применяются для элементов конструкций, отлича­ющихся особо высокой удельной прочностью и удельной жест­костью.

Итак, появление дислокаций разупрочняет кристалл. Но по мере увеличения числа дислокаций, т. е. фактически незавер­шенных сдвигов, растут силы отталкивания между соседними дислокациями, находящимися в данной плоскости сдвига, и за­трудняется их смещение. Это ведет к упрочнению кристалла, к повышению усилий, необходимых для дальнейшей пластиче­ской деформации. Любые искажения кристаллической решетки (легирование, вакансии, включения инородных частиц и др.) за­трудняют перемещение дислокаций и повышают сопротивление материала пластическим деформациям.

Особенно много дефектов сконцентрированно по границам зерен. Поэтому при относительно низких температурах мелко­зернистые поликристаллические материалы оказываются значи­тельно прочнее крупнозернистых и все технологические процес­сы, ведущие к измельчению размеров зерен, упрочняют матери­алы. Пластическая деформация, может также происходить за счет самодиффузии или диффузии примесей, приобретающих направленный характер под влиянием силового поля. Это харак­терно для пластической деформации размягченных смол, сте­кол и т. п.

Материалы, разрушающиеся при малой пластической дефор­мации, называются хрупкими; материалы, деформирующиеся значительно до разрушения, называются пластичными.

Прочностные и деформационные характеристики материалов зависят от конкретного сочетания многих факторов: природы материала, формы и размеров деталей, характера напряженно­го состояния (растяжение, сжатие и т. п.) и условий нагружения (скорость нагружения, длительно или кратковременно дей­ствует нагрузка, постоянно или циклически, температура нагру­жения и т. д.).

Многие металлы (медь, алюминий; их сплавы и др.) сохра­няют свою высокую прочность и пластичность даже при очень больших скоростях нагружения и при очень низких температу­рах. Все неметаллические материалы и некоторые металлы (железо, цинкидр.)в этих условиях становятся хрупкими.

(В ходе пластической деформации называемые наклепом, или нагартовкой повышается прочность металлов. В обычных материалах дислокации всегда присутствуют, поэтому их прочность существенно ниже теоретической, при повышении плотности дислокаций в обычных материалах их прочность возрастает Это связано с тем, что в ядре дислокации кристаллическая решетка искажена, а следовательно, дислокации окружены полями упругих напряжений. При увеличении плотности дислокаций поля упругих напряжений перекрываются, дислокации взаимодействуют друг с другом, и перемещение дислокаций затрудняется. Искажение кристаллической решетки за счет присутствия дислокаций повышает удельное электрическое сопротивление металлических материалов.

Наличие в материале дислокаций резко повышает скорость диффузии. Искажение кристаллической решетки за счет присутствия дислокаций повышает удельное электрическое сопротивление металлических материалов