- •Министерство образования рф
- •1.2. Аморфные и кристаллические состояния твердых тел.
- •1.3. Понятие кристаллической решетки.
- •Частный случай элементарной частица
- •1.4. Кристаллографическое направление и атомные плоскости.
- •1.5. Анизотропия свойств у кристаллов.
- •Тема №2: Структура металлов.
- •2.1. Общая характеристика и классификация металлов.
- •2.2. Кристаллические решетки металлов.
- •2.3. Полиморфизм металлов.
- •2.3. Зернистое строение металлов.
- •Тема №3: Дефекты кристаллической структуры.
- •3.1. Точечные дефекты.
- •3.2. Линейные дефекты.
- •3.3. Поверхностные и объемные дефекты.
- •Тема №4: Механические свойства материалов.
- •4.1. Классификация свойств и методы механических испытаний материала.
- •4.2. Диаграмма растяжений.
- •4.3. Механизм упругой и пластической деформации
- •4.4. Наклеп или упрочнение металлов.
- •4.5. Возврат или рекристаллизация деформированных металлов.
- •4.6. Разрушение материалов.
- •Технология материалов. Тема №5: Основы металлургического производства.
- •5.1. Основы сведения о металлургическом производстве.
- •5.2. Огнеупорные материалы.
- •5.3. Исходные материалы доменного производства.
- •5.4. Подготовка руд к плавке.
- •5.5. Устройство и работа доменной печи (шахтного типа)
- •5.6. Основные физико-химические процессы в доменной печи.
- •5.7. Сущность процесса получения стали.
- •5.8. Этапы выплавки стали.
- •5.9. Производство сталей в кислородном конверторе.
- •5.10. Производство сталей в электропечах.
- •5.11. Способы выплавки качественной и особо качественной стали.
- •Тема №6: Основы литейного производста.
- •6.1. Основные понятия литейного производства.
- •6.2. Литейные свойства металлов и сплавов.
- •6.3. Дефекты в отливки.
- •6.4. Технология литья в разовых песчано-глинистых формах.
- •6.5. Свойства формовочных смесей.
- •Специальные виды литья
- •6.6. Литье в оболочковой форме.
- •6.7. Литье по выплавляемым моделям.
- •6.8. Литье в кокиль.
- •6.9. Литье под давлением.
- •Тема №7: Обработка металлов давлением (омд)
- •7.1. Сущность и основные процессы омд.
- •Экзаменационные вопросы. Часть 1. Основы материаловедения
- •Часть 2. Технология материалов
4.4. Наклеп или упрочнение металлов.
Наклеп– изменение механических свойств материала под воздействием холодной пластичной деформации.
Пластическая деформация наблюдается при δ > δT. После снятия внешней нагрузки эта деформация не исчезает. При последующем акте нагрузки материала он начнет пластически деформироваться уже не напряжении, а при напряжении δ > δT до которого был нагружен материал в предыдущем акте. При последующей нагрузки или разгрузки история повторяется. Получается, что δT под влиянием пластическая деформация повышается. Точно также повышается δВ (предел прочности), но менее стремительно, чем δT. В результате разницы между δВ и δT сокращается. Это ведет к уменьшению пластичности металла (т.е. уменьшается δ, ψ). Итак, увеличение δT и δВ при снижении пластичности металла под воздействием пластической деформации и есть наклеп или упрочнение металлов. При наклепе изменяется микроструктура материала, а именно: зерна металла вытягиваются в направлении деформации, т.е. говорят, что в материале появляется структура, т.е. преимущественная ориентация зерен в одном направлении. При большом увеличении на границах вытянутых зерен видны « ступеньки», которые являются результатом выхода на поверхность зерен дислокации.
Причиной наклепа является резкое увеличения в металле плотности дислокации. В процессе холодной пластической деформации в металле происходит нарождение все новых и новых дислокаций. Плотность дислокации может достигать величины 10-12 см-2. При такой высокой плотности дислокации начинает интенсивно взаимодействовать и мешать друг другу двигаться (см. выше).
4.5. Возврат или рекристаллизация деформированных металлов.
Под воздействием пластической деформации нарастает плотность дислокации, зерна вытягиваются, кристаллическая решетка материала искажается, появляются избыточные внутренние напряжения. Материал, имеющий такую структуру, имеет повышенную свободную энергию, поэтому является неустойчивым, неравномерным. При длительной выдержке такой материал стремится более в равновесное состояние. Процесс приближения к равновесному состоянию ускоряется, если материал нагрет.
Переход деформационного металла при нагреве в более устойчивое состояние называют возвратом. Температура возврата менее 0,3 Ткл (Т возвр. < 0,3 Т пл.).
При возврате уменьшается плотность дефекта. Частично исчезают избыточные внутренние напряжения, и материал переходит в более равновесное состояние, хотя при этом видимые изменения в микроструктуре не наблюдаются (зерна все еще вытянуты). Твердость и прочность материала при возврате несколько снижается, а пластичность увеличивается. Таким образом, возврат частично снимает наклеп.
При нагреве деформационного металла до более высоких температур наблюдается процесс рекристаллизации (перекристаллизация). На месте втянутых зерен образуются новые округлые зерна. На первом этапе идет первичная рекристаллизация, когда на границах вытянутых зерен появляются зародыши и растут за счет поглощения вытянутых зерен. При более высоких температурах происходит собирательная рекристаллизация, при этом наблюдается укрупнение новых зерен за счет их объединения. Размер зерен после рекристаллизации зависит от степени деформации металла, температуры его нагрева и других факторов. Чем меньше степень деформации и выше температура нагрева, тем зерна крупнее и соответственно наоборот. Металл с мелкими зернами обладает лучшими механическими свойствами.
Т рекристаллизации связана с Т плавки металла (Т рекр. = а * Т пл., где а –коэффициент пропорциональности). Для сплавов 0,5 < a < 0,6, для технически чистых металлов 0,3 < a < 0,4. Чем чище металл, тем меньше а, вплоть до 0,1. У олова и свинца Т рекристаллизации сравнима и с комнатной температурой. В процессе рекристаллизации полностью исчезают избыточные внутренние напряжения, плотность дислокации резко исчезает, и достигает своего исходного равновесного положения. Твердость, прочность уменьшаются, пластичность увеличивается и достигает своего исходного значения. Таким образом, рекристаллизация полностью снимает наклеп деформационного металла.
В зависимости от того, при какой температуре осуществляется деформация металла ее подразделяют на холодную и горячую. Холодная пластическая деформация осуществляется при температурах ниже Т рекристаллизации. При этом развивается наклеп, и деформация оказывается ограниченной. Горячая пластическая деформация соответственно осуществляется при температурах выше Т рекристаллизации. При этом процесс рекристаллизации опережает процесс развития наклепа, в результате степень деформации может быть гораздо больше, чем при холодной пластической деформации.