1.2.2 Влияние термической обработки на механические свойства материалов
Термическая обработка является одним из весьма существенных классов операций в технологии получения материалов с необходимыми качествами. Это относится в первую очередь к металлам, но в большой мере справедливо и для материалов, в основе которых лежат полимеры, а также для ряда силикатов.
Закалка – нагрев сплава и последующего за ним быстрого охлаждения; при этом фиксируется то состояние сплава, которое он имел при высокой температуре, или одно из состояний, соответствующих какой-то промежуточной температуре (состояние неустойчивое).
Отпуск – нагрев до температуры, значительно меньшей, чем температура закалки, и медленное охлаждение.
Отжиг – нагрев до температур закалки и медленном охлаждении (полностью снимается закалка).
На рисунке 1.2.2 представлены качественные
зависимости механических свойств сталей
от температуры отпуска (
- пределы текучести и прочности;
- относительные удлинение и сужение).
tотпуска
в
т
Рисунок 1.2.2 – Зависимость механических свойств от температуры отпуска
1.2.3 Влияние деформации в холодном состоянии на механические свойства металлов (наклеп). Отдых (возврат) металлов. Рекристаллизация
Если металл в холодном состоянии подвергнуть предварительной деформации, то его свойства изменяются: повышается предел текучести и снижаются предельные значения относительного удлинения и сужения (см. рисунок 1.2.3).
Рисунок 1.2.3 – Диаграммы деформирования
Нагартовка, накатка роликами, волочение, обработка дробью и т.д. приводят к механической холодной деформации или наклепу.
Наклепанное состояние металла неустойчиво – в нем самопроизвольно происходит снятие искажений структуры, вызванных наклепом. Этот обратный процесс называется отдыхом или возвратом металла. При нагреве процессы ускоряются. При отдыхе свойства металла приближаются к тем, которые были до деформации. Для полного снятия наклепа необходим нагрев до более высоких, чем при отдыхе, температур. В этом случае в металле происходит процесс рекристаллизации, состоящий в восстановлении исходных свойств наклепанного металла (рисунок 1.2.4).
1 – холодная протяжка;
2 – холодный прокат;
3 – горячий прокат;
4
1
2
3
4
Рисунок 1.2.4 - Влияние технологии на механические свойства металла
1.2.4 Физико-химическое взаимодействие с окружающей средой
1.2.4.1 Коррозия и механические свойства
Коррозия – разрушение материала при его взаимодействии с агрессивной средой.
Растяжение за пределом упругих деформаций увеличивает скорость коррозии. Если напряжения в металле ниже определенного уровня, разрушения не наступает даже при значительной продолжительности испытаний в коррозионной среде. Здесь предполагается, что уменьшение поперечных размеров элемента вследствие коррозии невелико и его можно не принимать во внимание. При превышении же указанного уровня напряжений отрезок времени от нагружения до разрушения уменьшается с увеличением уровня напряжений. Этого в отсутствие коррозии не наблюдается. Имеет место явление так называемого внутрикристаллического и межкристаллического коррозионного растрескивания. В условиях определенных напряженных состояний (например, растяжение с кручением) и наличия коррозионно-активной среды происходит охрупчивание материала.
В ряде случаев в металле, испытывающем напряжения, наблюдается наиболее опасная – межкристаллическая коррозия. Ею объясняются часто обнаруживаемое межкристаллическое разрушение металла в котлах. Наклеп металла приводит к интенсификации коррозии. В напряженном наклепанном металле часто возникает межкристаллическая коррозия.
Наиболее опасно сочетание периодической переменности нагрузок и условий, способствующих коррозии. При таком сочетании разрушение превышает сумму разрушений, возникающих при самостоятельном действии каждого из двух указанных факторов.
Наиболее чувствительны к коррозии такие механические свойства, как сопротивление разрушению в и относительное поперечное сужение . Так у отожженной стали, содержащей 0,13 % углерода, после травления в течение 10 часов в 2,5 % растворе серной кислоты величина в уменьшается с 93 до 52 кг/мм2, а – с 73 до 28%.
В ряде случаев, переход от работы материала в неагрессивной среде к работе в среде, вызывающей коррозию, сопровождается переходом от пластического состояния материала к хрупкому.
Сопротивление металлов и сплавов атмосферному воздействию и воздействию воды речной и морской часто обеспечиваются образованием поверхностной защитной пленки. Например, у нержавеющей стали такая пленка образуется при наличии в стали легирующих добавок Gr, Al, Ni, Si в количестве, соответствующем образованию одной фазы.