ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра технологии конструкционных материалов

Лабораторная работа

Тема: Изучение влияния пластической деформации и рекристаллизации на строение и свойства металлов.

выполнил: студент группы КТЭИ-04-2

Зенцова А.А.

проверил: преподаватель

Пермь 2000

Цель работы:

1. Углубление и усвоение лекционного материала по общим положениям обработки металлов давлением.

2. Приобретение навыков исследования.

3. Экспериментальное изучение влияния пластической деформации и рекристализации на строение и свойства металлов.

Оборудование и материалы для данной работы:

1. Микроскоп МИМ-6.

2. Твердомер шариковый с микроскопом МПБ-2 и таблицами.

3. Печь муфельная электрическая с рабочей температурой до 900С.

4. Пресс гидравлический (для деформации образцов алюминия сжатием).

5. Винтовое устройство для растяжения образцов (пластин).

6. Штангенциркуль.

7. Образцы Al: пластины 120100,5 мм – 6 мм., цилиндры d=10 см, h=15 мм – 6 шт.

8. Стальные кольца (ограничители хода ползуна пресса) высотой 15; 14,25; 13,5; 12; 10,5; 7,5 мм.

9. Трафареты с размером окна 1 см² – 6 шт.

10. Микрошлифы Ст0 до деформации и после деформации в холодном состоянии.

11. Раствор для макротравления Al, позволяющий выявить зёрна на поверхности образцов.

12. Электронный микрокалькулятор.

13. Пресс усилием до 10 т. (для деформации образцов Cu,Ni).

14. Образцы Cu, Ni диаметром 10 мм, высотой 15 мм – по 7 шт.

Сведения из теории.

Некоторые термины теории ОМД.

Деформация – это изменение размеров и формы тела в результате действия внешних сил, происходящее без изменения объёма тела.

Степень деформации Е – количественное выражение величины деформации, т. е. Относительное изменение размера тела:

,

где - размер тела до деформации;

- изменение размера в результате деформации.

Упругая деформация – деформация, исчезающая при снятии внешней нагрузки.

Пластическая деформация – деформация, остающаяся после снятия нагрузки.

Общая деформация под нагрузкой складывается из упругой и пластической. После снятия нагрузки остаётся только пластическая деформация.

Пластичность металла – способность металла к пластической деформации; количественно выражается величинами относительного удлинения () при разрыве образца и относительным сужением образца в месте разрыва ().

Наклёп (нагартовка) – явление возрастания прочности и твёрдости, снижения пластичности и вязкости металла в результате изменения его структуры при холодной пластической деформации. Состояние металла, получающееся в результате развития наклёпа, называют наклёпанным или нагартованным.

Рекристаллизация – это процесс образования и роста новых более равноосных и равновесных зёрен (кристаллитов) за счёт деформированных зёрен. Рекристаллизация проявляется в изменении структуры, в снижении твёрдости и прочности и в повышении вязкости и пластичности.

Температурный порог рекристаллизации (Тр) – минимальная температура, при которой у данного металла наблюдается процесс рекристаллизации.

Рекристаллизационный отжиг – вид термообработки, заключающийся в нагреве деформированного металла выше температурного порога рекристаллизации на 100-150С и выдержки при этой температуре.

Возврат (отдых) – явление уменьшения искажённости кристаллической решётки зёрен наклёпанного металла, происходящее при его нагреве не выше его Тр. При возврате (отдыхе) структура металла не изменяется, поэтому его механические свойства практически остаются без изменений.

Холодная обработка давлением – пластическое деформирование металла при температурах ниже Тр, приводящее к наклёпу.

Горячая обработка давлением – пластическое деформирование металла при температурах выше его Тр.

Критическая степень деформации – это степень пластической деформации, после которой при рекристаллизации в металле образуется более крупное зерно, что обуславливает значительное снижение всех механических свойств металла (т. е. ведёт к браку).

Физические основы процессов ОМД.

Деформация.

При упругой деформации под действием внешних сил происходит обратимое искажение кристаллической решётки в зёрнах металла, при котором частицы, находящиеся в узлах кристаллической решётки, смещаются из положения равновесия на расстояния, не превышающие половину параметра решётки. При снятии внешней нагрузки смещённые частицы возвращаются в положение равновесия.

Рис.1 Схема сдвига в кристале.

Основным механизмом пластической деформации металлов является внутризёренное сдвиговое перемещение одних частей зерна относительно других. Сдвиг происходит по дислокационному механизму, т.е. частицы смещаются не одновременно по всей плоскости скольжения, а путём последовательного перемещения по ней краевых дислокаций (рис.1). После прохождения одной краевой дислокации части зерна смещаются относительно друг друга на один параметр решётки.

Сдвиг (скольжение) происходит по плоскостям наиболее плотной упаковки атомов, так как вдоль этих плоскостей сопротивление сдвигу со стороны кристаллической решётки минимально. При достаточно больших деформациях скольжение распространяется на большее число плоскостей, приводя к множественному скольжению и, и следовательно, к заметному изменению формы зерна.

Следы скольжения в виде прямых линий (линий скольжения) в пределах отдельных зёрен видны под микроскопом на предварительно полированных и затем пластически деформированных и травленых образцах. С увеличением степени деформации число линий скольжения в зерне и число зёрен, в которых эти линии появляются, непрерывно возрастают.

Направления линий скольжения в отдельных зёрнах могут различаться, так как направления усилий, передаваемых от окружающих зёрен, точно не совпадают.

При больших деформациях образца сдвиг может проходить и по границам зёрен.

С увеличением степени деформации изменяется форма зёрен. Они вытягиваются в направлении деформации (в сторону действия нагрузки при растяжении и перпендикулярно нагрузке при сжатии).

Пластическая холодная деформация может развиваться только под действием возрастающей внешней нагрузки (из-за нарастания наклёпа).