Методические указания
к лабораторным работам по дисциплине:
«Металловедение, теория и технология металлообработки»
СОДЕРЖАНИЕ
1. Макроскопическое исследование металлов ................................
2. Микроскопический анализ металлов ...........................................
3. Изучение формирования свойств и структуры твердых растворов при кристаллизации ..................................................................
4. Изучение формирования свойств и структуры двойных сплавов эвтектического типа ......................................................................
5. Твердость и методы ее измерения ................................................
6. Испытания металлов на статическое растяжение………………. 7. Испытания металлов на ударную вязкость .................................
8. Испытание металлов на усталость. Определение предела выносливости……………………………………………………………….
9. Влияние пластической деформации и последующего нагрева на микроструктуру и свойства металлов ..............................................
10. Микроструктура углеродистой стали в равновесном
состоянии ......................................................................................................
11. Микроструктура чугунов ............................................................
12. Определение температур критических точек стали ………….
13. Определение аустенитного зерна в стали .................................
14. Экспериментальное определение критической скорости
закалки ..........................................................................................................
15. Определение оптимальной температуры закалки ....................
16. Определение прокаливаемости стали методом торцевой
закалки ..........................................................................................................
17. Термическая обработка конструкционных сталей ...................
18. Изучение обезуглероживания стали при нагреве ……………..
19. Структура и свойства поверхностных слоев деталей, подвергнутых цементации…………………………………………………
20. Структура легированных сталей ................................................
21. Определение класса легированной стали по структуре после охлаждения на воздухе…………………………………………………….
22. Изучение свойств инструментальных сталей ...........................
23. Микроструктура цветных металлов и сплавов ………………..
Лабораторная работа № 9
Влияние пластической деформации на микроструктуру и свойства металлов
9.1 Цель работы
Изучить влияние холодной пластической деформации на микроструктуру и свойства металлов.
9.2 Краткие теоретические сведения
Одним из важнейших свойств металлов, определяемых их внутренним строением, является пластичность, т.е. способность деформироваться. Пластическая деформация приводит остаточному изменению формы и размеров металлических изделий.
Современные представления о механизме пластической деформации базируются на теории дислокаций. Перемещение дислокаций осуществляется в результате поэтапного смещения атомов по кристаллографическим плоскостям под действием приложенного напряжения. Такое перемещение дислокаций, называемое скольжением, представляет собой основной способ движения дислокаци й и происходит под действием касательных напряжений. Скольжение происходит по плотноупакованным кристаллографическим плоскостям. В поликристаллическом металле скольжение начинается в отдельных кристаллах, благоприятно ориентированным по отношению к действующему сдвиговому усилию.
При холодной пластической деформации в металле возникают значительные структурные изменения, вызываемые смещением атомов в кристаллической решетке. Чем больше величина деформирующего напряжения, тем больше степень этого смещения. Важнейшим практическим следствием пластической деформации является упрочнение металлов. Процесс упрочнения под действием пластической деформации называют наклепом. Повышаются предел текучести, предел прочности и твердость, и одновременно снижается пластичность металла. Основная доля упрочнения металла обусловлена увеличением искажений пространственных решеток, возникающие за счет взаимодействия дислокаций друг с другом, и с другими несовершенствами решетки в процессе пластической деформации. Сущность упрочнения заключается в в создании препятствий перемещению дислокаций.
Произвольно ориентированные кристаллы под действием деформации поворачиваются своими осями наибольшей прочности вдоль направления деформации. Такое закономерное кристаллическое ориентировки зерен получило название текстуры. Следы сдвигов проявляются на поверхности металла в виде линий скольжения.
Структурное состояние холоднодеформированного металла характеризуется наличием дефектов кристаллического строения, создающих упругие напряжения, величина которых определяет запас накопленной энергии. На рис.9.1 показано изменение формы зерен под действием пластической деформации.
Рис. 9.1 Изменение формы зерен в металле под действием пластической деформации: а) – до деформации, б) – после деформации
Повышенная энергия является причиной термодинамической стабильности деформированного состояния. Поэтому в деформированном металле самопроизвольно развиваются процессы, приводящие к выделению накопленной энергии. Это может происходить благодаря устранению дефектов и восстановлению структуры, что связано с перемещением атомов, которое ускоряется при нагреве.
Как только вследствие повышения температуры атомы будут обладать достаточной подвижностью, начнется образование новой структуры из равноосных зерен взамен вытянутых зерен деформированного металла. Этот процесс называется рекристаллизацией.
Температура начала рекристаллизации для конкретного металла или сплава зависит от его температуры плавления
Тн.рекр. = αТпл , (формула А.А.Бочвара),
где α – коэффициент, зависящий от состава сплава и степени его чистоты.
Для технически чистых металлов α = 0,4, для твердых растворов α = 0,5…0,6. Уменьшение количества примесей в металле понижает α до 0,1…0,2, а наличие большого количества легирующих элементов увеличивает α до 0,7…0,8.
В результате рекристаллизации наблюдается снижение предела прочности, предела текучести и твердости наклепанного металла. При этом возрастает пластичность (рис. 9.2). Этот переход можно разбить на несколько стадий: возврат, полигонизация, рекристаллизация обработки и собирательная рекристаллизация. После рекристаллизации металл состоит из новых равноосных зерен. Размер рекристаллизационных зерен зависит от температуры нагрева и степени деформации.
Рис. 9.2 Изменение структуры и свойств деформационноупрочненного металла при нагреве
Горячая и холодная деформация различаются в зависимости от соотношения температуры деформации (tн.деф.) и температуры начала рекристаллизации (tн.рекр..).
При холодной деформации tн.деф. < tн.рекр., а при горячей — tн.деф. > tн.рекр.. Холодная деформация сопровождается наклепом металла, а при горячей деформации упрочнение в процессе деформации непрерывно чередуется с рекристаллизационными процессами разупрочнения.