Лабораторная работа № 2 "Влияние холодной деформации на механические свойства низкоуглеродистой стали"

Цель работы:

Оценить характер изменения механических свойств низкоуглеродистой стали в процессе холодной деформации и построить кривую упрочнения.

Приборы и оборудование:

Лабораторный прокатный стан 210, разрывная машина Р-5, штангенциркуль, микрометр, линейка, чертилка.

Общие положения:

Холодной обычно называют обработку металлов давлением без специального подогрева, а точнее при температуре менее (0,2-0,25)Т_пл, когда по ходу деформации движение дислокаций всё более затрудняется, вследствие чего, свойства, характеризующие сопротивление деформации повышаются, а способность к пластической деформации уменьшается. Это явление получило название наклепа. Упрочнение металла в процессе пластической деформации объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Различают три стадии наклёпа. Стадия I характеризуется облегчённым скольжением дислокаций в первичных благоприятно ориентированных параллельных плоскостях скольжения. Дислокаций мало, расстояния между ними велики. При дальнейшем росте напряжения начинается II стадия - множественное скольжение дислокаций в двух и более системах скольжения. Плотность дислокаций увеличивается до 10¹⁰-10¹¹ см^-2. При большем наклёпе увеличивается роль поперечного скольжения дислокаций, происходит аннигиляция дислокаций и соответствующее уменьшение внутренних напряжений (III стадия).

Содержание и методика выполнения работы

Образцы, используемые для проведения лабораторной работы - плоские, пропорциональные без головок из горячекатаной низкоуглеродистой стали. Размеры образцов: толщина h₀=4-7 мм, ширина b₀=20 мм, длина L=300 мм.

Для проведения данной работы необходимо 8 образцов. Первый не подвергают холодной прокатке, остальные деформируют с обжатием 10-40 %. После этого их испытывают на растяжение согласно ГОСТ 1497 и ГОСТ 11701 и по диаграмме растяжения определяют: предел текучести исходный _т0 и условный предел текучести _ту, временное сопротивление разрыву _в, относительное удлинение образца после разрыва , %.

Результаты испытаний заносят в таблицу.

По результатам испытаний, используя методы математической статистики вычисляют уравнения характеризующие наклёп

_туi = _т0 + b₁  E_i ^с, (1),

_вi = _в0 + b₂  E_i ^к, (2),

где _т0, _в0 - исходный предел текучести и исходное временное сопротивление разрыву (образец №1), Н/мм²;

E_i - суммарное обжатие в долях;

_туi, _вi - условный предел текучести и временное сопротивление разрыву, Н/мм²;

b₁, с, b₂, к - коэффициенты кривой наклёпа.

Логарифмируя выражения 1 и 2 получим

lg(_туi - _т0) = lg(b₁) - с  lg(E_i), (3),

lg(_вi - _в0) = lg(b₂) - к  lg(E_i), (4).

Осуществив замену y_1i = lg(_туi - _т0), y_2i = lg(_вi - _в0), А₁ = lg(b₁), А₂ = lg(b₂), Х_i = lg(E_i), В₁ = с, В₂ = к получим два уравнения прямой

y_1i = А₁ + В₁  Х_i (5),

y_2i = А₂ + В₂  Х_i (6),

и зная значения y_{1i ,} y_{2i ,} Х_i можно вычислить коэффициенты А₁, А₂, В₁, В₂

A₁ = n y_1i(Х_i)² - Х_i  (Х_i  y_1i) / [nХ_i² -(Х_i)²] (7),

A₂ = n y_2i(Х_i)² - Х_i  (Х_i  y_2i) / [nХ_i² -(Х_i)²] (8),

B₁ = n (y_1i  Х_i) - Х_i  y_1i / [nХ_i² -(Х_i)²] (9),

B₂ = n (y_2i  Х_i) - Х_i  y_2i / [nХ_i² -(Х_i)²] (10).

Выполнив обратную замену, получим уравнения 1 и 2 в явном виде. Полученные зависимости изображают графически (рис. 1) с нанесением поля точек полученных экспериментально.

Е, %

Рис. 1

Контрольные вопросы:

1. Сущность процессов упрочнения и разупрочнения при обработке металлов давлением.

2. Строение металлов. Виды дефектов кристаллической решетки.

3. Почему после холодной прокатки проводят термообработку стали и какую?

4. Что такое предел выкатываемости?

5. Влияние обжатия на механические характеристики стали.