4.Наклеп, возврат и рекристаллизация.

После снятия нагрузки большей чем предел текучести, в образце остается остаточная деформация. При повторном нагружении происходит упрочнение металла. Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклепом. Наклепанный металл имеет меньшую плотность, более высокое электрическое сопротивление, меньшую теплопроводность, у него падает усталость против коррозии.

Нагрев должен способствовать переходу металла в более устойчивое структурное состояние.

Уже при небольшом нагреве (до 400С) железа, происходит снятие искажений кристаллической решетки, уменьшается внутреннее напряжение. Однако вытянутая структура зерен сохраняется. Это называется возвратом металла.

При последующем нагреве происходит изменение микроструктуры наклепанного металла.

Схема изменения структуры и свойств деформируемого металла при нагреве.

С ростом температуры подвижность атомов растет, и образуются новые зерна вместо ориентированной волокнистой структуры. Образование новых зерен называется рекристаллизацией.

2 стадии рекристаллизации: первичная или рекристаллизация обработки и собирательная.

Первичная - образование новых равновесных зерен, новые зерна возникают на границе блоков и старых зерен, т.е. там где решетка наиболее искажена при наклепе.

Температуру начала рекристаллизации называют температурным порогом рекристаллизации.

Температура рекристаллизации у сплавов выше, чем у чистых металлов.

Последующий рост температуры приводит ко второй стадии собирательной рекристаллизации (рост вновь образовавшихся зерен).

Образование крупных зерен уменьшает механические свойства металлов.

Деформация может быть холодной и горячей.

Холодная - при температуре меньше температуры рекристаллизации и сопровождается наклепом металла.

Горячая - при температуре больше температуры рекристаллизации, происходит полное или частичное снятие упрочнения.

Есть металлы которые при комнатной температуре не подвергаются наклепу и имеют горячую деформацию (свинец).

Возврат

Рекристаллизация

1

2

3

4

1

2

3

4

1-2 - Возврат

3-4 - Первичная кристаллизация

3-4 - собирательная рекристаллизация

Химически стойкие сплавы

Формирование структуры сплавов при кристаллизации

Диаграммы состояния показывают фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации (их строят для условий равновесия).

Эти диаграммы характеризуют состояние сплавов, т.е. после того как превращения в них произошли и закончились.

Это состояние сплавов зависит от внешних условий (температуры, давления) и характеризуется числом и концентрацией образовавшихся фаз. Закономерность изменения числа фаз определяется правилом фаз.

Правило фаз устанавливает зависимость между числом степеней свободы, числом компонентов и числом фаз и выражается уравнением:

С = К + 2 - Ф;

где С - число степеней свободы системы (вариантность);

К - число компонентов, образующих систему, или минимальное число химических элементов, необходимых для образования любой фазы системы;

2 - число внешних факторов;

Ф - число фаз, находящихся в в равновесии.

Вариантность - (число степеней свободы) - это возможность изменения температуры, давления и концентрации без изменения числа фаз, находящихся в равновесии.

В двойной системе в равновесии могут находится не более трех фаз, в тройной системе - не более четырех и т.д.

Диаграммы строят экспериментально. Для их построения используют термический метод, с помощью которого получают кривые затвердевания и охлаждения сплавов, по остановкам и перегибам определяют температуру превращений. Точки перегиба или остановки на диаграммах называют критическими. Они соответствуют температурам, при которых в сплавах начинаются, заканчиваются или протекают превращения.

На осях по горизонтали откладывается концентрация, по вертикали - температура.

Основные типы диаграмм.

1. Диаграмма образования механической смеси из чистых компонентов.

Компоненты: А, В; фазы: - жидкость, кристаллы А,В.

Свинец-сурьма (Pb-Sb)

100%

Pb

t

95% Pb

5% Sb

87% Pb

13% Sb

327

13

Эвтектика Pb⁺

40

Эвтектика Sb⁺

Pb+ж

Sb+ж

631

60% Pb

40% Sb

Ж

Концентрация

100% Sb

tC

Кривые охлаждения имеют по одной критической точке 327С для свинца и 631С для сурьмы. Структура чистых металлов состоит из однородных зерен. Сплав содержащий 13% Sb и 87% Pb имеет тоже одну критическую точку. Механическая смесь двух видов кристаллов одновременно кристаллизирующихся в жидкости называют эвтектикой. Сплавы с 5 и 40% сурьмы затвердевают в интервале температур и на кривой охлаждения имеют две критические точки, соответствующие началу и концу затвердевания. Линия начала затвердевания - линия ликвидуса (жидкий), конец затвердевания - линия солидуса (твердый).

2. Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов

в твердом состоянии .

Оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом состоянии и не образуют химических соединений.

Два перегиба. Между а' и b' - началом и концом затвердевания из жидкого расплава выпадают кристаллы твердого раствора.

A a' B - ликвидус; B b' А - солидус; выше A a' B - жидкий раствор, ниже B b' A - твердый. Внутри кристаллы жидкого и твердого раствора.

3. Диаграммы состояния с органической растворимостью компонентов в твердом состоянии.

Fe-C;

Al-Cu;

При медленном охлаждении сплавов и высокой степени диффузии вторичная фаза выделяется по границам зерен, образуя сетку. Ускоренное охлаждение не дает развиться диффузии и вторичные фазы выделяются внутри зерен в виде дисперсных включений. Выше линии ВСН (ликвидус) - жидкий раствор, ВЕСDН - солидус, соответствует температурам конца затвердевания, ЕСD - линия эвтектического превращения, С - эвтектическая точка.

4. Диаграмма состояния сплавов с перитектическим превращением.

Перитектическое превращение - это когда жидкая фаза взаимодействуя при постоянной температуре с ранее выпавшими кристаллами твердой фазы образует новый вид кристаллов.

АВС - ликвидус;

АЕDС - солидус;

ВЕD - линия перитектического превращения.

4. Диаграмма состояния, образующих химические соединения.

Химические соединения - устойчивые соединения и неустойчивые.

Химическое соединение устойчиво если его можно нагреть без разложения до расплавления, и неустойчиво если оно разлагается.

4. Диаграмма состояния сплавов испытывающих полиморфные соединения.

Железо, титан, селен, кобальт, марганец (Fe, Ti, Sn, Co, Mn).

Верхняя часть графика - первичная кристаллизация, нижняя часть - вторичная.