7 Наклеп и рекристаллизация

При большом повышении температуры подвижность атомов возрастает и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост равноосных зерен. В результате металл приобретает структуру и свойства, которые имел до наклепа. Это явление называется рекристаллизацией. Температура начала рекристаллизации зависит от природы металла — его температуры плавления, а также от того, чистый это металл или сплав: где Тр и — соответственно температура рекристаллизации и плавления, К; а — коэффициент, зависящий от чистоты металла и типа сплава, для технически чистых металлов и сплавов он составляет 0,3…0,4, для сплавов типа твердый раствор — 0,5…0,6, а в некоторых случаях достигает 0,8.

Температура рекристаллизации играет важную роль в процессах обработки металлов давлением. Обработка, производимая ниже температуры рекристаллизации, вызывает наклеп и называетсяхолодной обработкой давлением. Если обработка выполняется при температурах, превышающих температуру рекристаллизации, то это горячая обработка давлением, при которой наклепа не возникает. Поскольку температура рекристаллизации зависит от температуры плавления, то и пограничные температуры, разделяющие обработку на горячую и холодную, для разных металлов сильно отличаются. Так, пластическая деформация свинца при комнатной температуре является горячей обработкой и не вызывает наклепа. Действительно, температура плавления свинца составляет 327 °С, или 600 К. Определим температуру рекристаллизации Тр для а — 0,4(чистый металл): Тр = 600-0,4 = 240 К = -33 °С. Таким образом, свинец будет упрочняться за счет пластической деформации, если ее выполнять при отрицательных температурах.

 

На практике для снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы ускорить процесс рекристаллизации. Эта операция называется рекристаллизационный отжиг. Он необходим при производстве заготовок (например, проволоки, ленты в металлургическом производстве) и деталей методами холодной пластической деформации. Так, после прокатки заготовки до определенного диаметра ее пластичность понижается настолько, что дальнейшая холодная обработка невозможна, потому что металл будет разрушаться. Для проведения дальнейшей прокатки и выполняется рекристаллизационный отжиг с целью восстановления исходной пластичности (см. рис. 2.31).

При этом структура металла не должна быть крупнозернистой, так как высокая пластичность наряду с прочностью присуща мелкозернистым сплавам. Рекристаллизация является диффузионным процессом, поэтому на величину рекристаллизованного зерна оказывают влияние температура отжига (рис. 2.32, а) и его продолжительность (рис. 2.32, б). Нагрев выше оптимальных температур и увеличение времени выдержки ускоряют диффузионные процессы. Это приводит к интенсивному росту зерен и получению в результате крупнозернистой структуры металла.

8 Свойства металлов механические физические химические технологические эксплутационные

Все металлы и сплавы характеризуются физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами.

К физическим свойствам металлов относятся: цвет, удельный вес, температура плавления, электропроводность, теплопроводность, расширение металла при нагреве и магнитные свойства. Температура плавления сплавов имеет большое значение в литейном производстве.

К химическим свойствам металлов относятся: окисляемость, растворяемость и коррозийная стойкость. Все перечисленные свойства важны для выбора литейных сплавов, применяемых для отливок деталей, работающих в окислительных средах (колосниковые решетки печей, насосы для перекачивания кислот и т. п.).

К механическим свойствам металлов относятся: прочность, твердость, упругость, вязкость и пластичность. Эти свойства металлов и сплавов имеют большое значение при использовании их в машиностроении. Технологические свойства характеризуются жидкотекучестью, прокаливаемостью, ковкостью, свариваемостью и обрабатываемостью резанием. Эти свойства металлов и сплавов играют важную роль в машиностроении

К технологическим свойствам металлов относятся также литейные свойства металлов и сплавов, характеризующие способность их хорошо заполнять все очертания формы и образовывать плотные отливки при затвердевании. При недостаточной жидкотекучести в отливке, особенно в тонких ее частях, образуются спаи и недоливы. При склонности металлов и сплавов к большой усадке во время затвердевания (кристаллизации) появляются усадочные раковины и большие внутренние напряжения.

Все перечисленные свойства в необходимых случаях определяются испытанием металлов и сплавов в лабораториях с помощью специальных приборов и установок.

Литейные свойства чугуна и стали и некоторых цветных металлов и сплавов определяют испытанием на жидкотекучесть. Жидкотекучесть зависит от природы чистых металлов, химического состава сплавов и температуры их нагрева. Величина жидкотекучести определяется по технологической пробе (рис. 108), т. е. по длине спирального канала трапециевидного сечения, заполненного сплавом в контрольной форме. Чем больше жидкотекучесть сплава, тем большей длины участок будет заполнен до затвердевания.

9 статические испытания металлов на растяжение

Испытание на растяжение производится путем растяжения специально приготовленного для этой цели образца на испытательной машине.

Механические свойства материала, определяемые при этих испытаниях, объединяют в две группы:

1. прочностные свойства (предел упругости, предел пропорциональности, предел текучести, предел прочности)

2. пластические свойства (относительное удлинение, относительное сужение).

При этом под прочностью понимают способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок.

Под пластичностью — способность под действием нагрузок принимать новую форму не разрушаясь.

Стандартным образцом для испытания на растяжение является образец, показанный на рис. 20, а.

Диаметр стандартного образца выбирается в зависимости от мощности машины и предполагаемой прочности материала.

Расчетная длина цилиндрической части определяется соотношением l₀—10d_o, гдеd₀ — его начальный диаметр. Все остальные размеры образца определяются конструкцией захватных устройств испытательной машины.

При испытании листового материала применяется образец, показанный на рис. 20, б.

Толщина образца определяется толщиной листового материала, ширина — мощностью машины и предполагаемой прочностью материала.

Расчетная длина образца устанавливается из соотношения l₀ = 11,3√F₀ , гдеF₀ — начальная площадь его поперечного сечения.

Определение механических свойств производят обычно по диаграмме деформации, записываемой самой испытательной машиной.