17. Перекристаллизация стали. Влияние на структуру и свойства.

Перекристаллизация - это упрочнение металлов в сплавов путем измельчения зерна, происходящего при нагреве или охлаж­дении в результате полиморфного превращения.

Причиной измельчения зерен является полиморфное превра­щение. При нагреве в двухфазную область (1-2) происходит об­разование зерен новой фазы (гамма), размеры которых меньше.чем

исходной фазы (гамма) (рис.4). Новые зерна (гамма) значительно не изменяют своих размеров до тех пор, пока не произойдет пол­ная перекристаллизация альфа->гамма. При нагреве выше точки 2 на­чинается рост зерен гаммы -фазы. Поэтому температуру нагрева следует выбирать немного выше точки 2. Наряду с повышением прочности улучшаются пластичность и вязкость.

Рис.4, а) Диаграмма состояния сплавов «Ре-Сг», имеющих полиморфное превращение.

б) Изменение структуры при нагреве сплава о полиморфным превращением.

18. Дисперсионное твердение. Сплавы, упрочняемые дисперсионным твердением

Дисперсионное твердение - упрочнение сплава за счет вы­делений иэ пересыщенного и поэтому неравновесного твердого раствора большого количества мелких (дисперсных) частиц, ко­торые препятствуют пластическому деформированию и тем самым упрочняют сплав. Происходит в сплавах с частичным распадом твердого раствора (рис.3).

Наклонная линия на «1-2» диаграмме указывает на уменьшение растворимости компонента В в альфа -твердом растворе при сни­жении температуры. Состав твердого растворе может изменяться от альфа а до альфа в. Это вызывает образование вторичных крис­таллов избыточного компонента.

При медленном охлаждении сплава (I) в нем протекает диф­фузионное превращение: из твердого раствора А выделяются, частицы второй фазы (В2) и происходит их коагуляция. В резу­льтате образуется равновесная двухфазная структура, состоя­щая из зерен твердого раствора 'состава (альфа 2} я крупных час­тиц В2. Прочностные свойства сплава невысокие, пластичность и вязкость сравнительно высока.

Структура приближается к равновесной.

Отжиг - это разупрочняющая термическая обработка, предназначенная для улучшения обрабатываемости резанием и давле­нием. В результате отжига металлы и сплавы приобретают струк­туру близкую к равновесной. Для формирования необходимого уровня заданных структуры и свойств необходим распад твердого» раствора и коагуляция выделившейся фазы.

При быстром охлаждении сплава I из однофазной области альфа диффузионный процесс альфа1-> альфа2+В2 подавляется.

Образуется пересыщенный твердый раствор состава альфа1 . Та­кая структура является неравновесной.

Закалка - операция термической обработки, заключающаяся в нагреве изделия выше критической температуры и охлаждения со скоростью, достаточной для подавления диффузионных процес­сов и получения неравновесной структуры: пересыщенного твер­дого раствора.

Превращения в закаленном сплаве.

Пересыщенный твердый раствор стремится перейти в равно­весное состояние. Переход происходит в результате -частичного распада пересыщенного твердого раствора. Это диффузионное . превращение ускоряется ори нагреве, но в некоторых,'сплавах за­метно даже при 20°С во время выдержки. ;

Из твердого раствора выделяются частицы второй фазы (Вд). В результате состав твердого раствора изменяется: «V ~*»<^.2 • Образование частиц второй фазы происходят при низких темпера­турах, когда коагуляция их затруднена. В результате образуется структура, состоящая из твердого раствора («Сд) и мелкихчастиц Вд. Такая структура обладает более высокой прочностью 'и более низкими значениями пластичности и вязкости, чем рав­новесная, состоящая из твердого раствора ( «^^ ) и крупных кристаллов

Отпуск и старение -окончательная операция термической обработки, заключающаяся в нагреве закаленного сплава до тем­ператур ниже критических и охлаждения с целью получения за­ данных структуры и уровня свойств и снятия внутренних напря­жений.

Структура сплава приближается к равновесной.

Таким образом, упрочняющая термическая обработка спла­вов с частичным распадом твердого раствора заключается в: а) закалке от температуры немного выше критической и б) от­пуска или старения.

Упрочнение наступает в процессе старения.

Дисперсионное твердение - упрочнение сплава в результа­те образования мелких частиц второй фазы при распаде пересы­щенного твердого раствора.

рис.з. Диаграмма состояния сплавов с частичным распадом твердого раствора

19. Деформация упругая и пластическая. Упрочнение металлов при пластической деформации.

Наклеп - упрочнение металла под действием пласти­ ческой деформации.

Под действием приложенных извне сил металл изменяет свою форму, относительные размеры. Изменение их называется деформацией.

При малых степенях деформации сохраняется пропорцио­нальность между деформацией и напряжением (металл деформиру­ется упруго).

Упругой деформацией называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешних сил.

При нагружении выше предела текучести и при последующем снятии нагрузки возникает остаточная деформация. Процесс, вы­зывающий остаточную деформацию, называется пластическим де­формированием.

При новом нагружении способность металла к пластической деформации уменьшается; предел текучести повышается. Чтобы вызвать пластическую деформацию, следует приложить большие напряжения (возрастает предел текучести).

На рис.1 показано изменение механических свойств в за­висимости от степени пластической деформации ( E ). По мере увеличения степени деформации наряду с ростом предела теку­чести ( (эт) увеличивается предел прочности ( С>в) и снижа­ется относительное удлинение ( & ).

Указанное изменение свойств обусловлено: а) измельчени­ем зерна, б) изменением ориентировки зерен и их деформаци­ей, в) искажением кристаллической решетки, г) увеличением плотности дефектов, Д) возрастанием величины внутренних напря­жений. Металл переходит в неравновесное состояние,

Степень деформации. (E )%

Рис.1. Изменение механических свойств в зависимости от степени пластической деформации (схема).

20. Рекристаллизация сплавов: влияние на структуру и свойства. Температура рекристаллизация по А. А. Бочвару.

Рекристаллизация - разупрочнение наклепанного ме­талла при нагреве.

По мере повышения температуры, при .нагреве наклепанного металла, предел прочности я предел текучести снижаются, а характеристики пластичности повышаются (рис.2). Разупрочне­ние наклепанного металла- наступает при температуре, которая называется температурой рекристаллизации. При нагреве до температуры, рекристаллизации свойства достигают значений, кото­рые имел металл до наклепа.

Разупрочнение наступает в результате: а) образования но­вых зерен при нагреве. При этом величина зерен достигает зна­чений, характерных для металла до наклепа; б) снятием; упругих искажений кристаллической решетки; в) уменьшения плотности дефектов; г) снятия внутренних напряжений.Металл переходит в равновесное состояние.

Ряо. 2, Изменение механически свойств наклепанного . металлам зависимости от температуры нагрева (схема)

Между температурой рекристаллизации и температурой плавления существует зависимость: Т^»„ К

Коэффициент «а» зависит от чистоты металла и типа сплава. Для чистых металлов а = 0,2; для технически чистых металлов и сплавов механических смесей а = 0,4; для твердых раство­ров а « 0,6 - 0,8. Для сплавов железа с решеткой объемно-центрированного куба а = 0,6; для сплавов железа с решеткой гране-центрированного куба а = 0,8.

Пластическое деформирование при нагреве выше температу­ры рекристаллизации не вызывает наклепа металла. Такая обра­ботка называется горячей обработкой давлением. '

Пластическое деформирование при нагреве ниже темпера­туры рекристаллизации вызывает наклеп и называется холодной обработкой.