- •Тема I. Кристалічна будова металів
- •1.1. Загальна характеристика металів
- •1.2. Електронна будова атома
- •1.3. Типи міжатомних зв'язків у твердих тілах
- •1.2. Атомно-кристалічна структура металів
- •1.3. Анізотропія властивостей металів.
- •1.4. Дефекти кристалічної будови металів
- •1.6. Методи дослідження структури
- •Тема 2. Кристалізація металів
- •2.1. Первинна кристалізація металів
- •2.2. Будова металевого злитка
- •2.3. Поліморфні перетворення
- •Тема 3. Основи теорії сплавів
- •3.1. Основні поняття та визначення. Типи сплавів
- •3.2.Основні типи діаграм стану подвійних сплавів
- •3.3. Зв’язок між типом діаграми стану, складом і властивостями сплавів
- •Тема 4. Пластична деформація та механічні властивості металів і сплавів
- •4.1. Напруження, що виникають у металі при навантаженні. Пружна та пластична деформація. Вплив пластичної деформації на структуру і властивості металу
- •4.2. Вплив нагріву деформованого металу на його структуру та властивості
- •4.3. Механічні властивості металів і сплавів
- •4.4. Теоретична і реальна міцність металів та шляхи її підвищення
- •Тема 5. Залізо та його сплави
- •5.1. Компоненти і фази залізовуглецевих сплавів
- •5.2. Процеси, які відбуваються при температурах, які відповідають лініям діаграми стану “залізо – цементит”
- •5.3. Вуглецеві сталі
- •5.3.1. Вплив постійних домішок на властивості сталі
- •5.3.2. Класифікація та маркування вуглецевих сталей
- •5.4.Чавуни
- •5.4.1. Вплив хімічного складу і швидкості охолодження на структуру і властивості чавуну.
- •Тема 6.Теорія термічної обробки сталі
- •6.1. Сутність, призначення та класифікація видів термічної обробки
- •6.2. Перетворення в сталі при її нагріванні
- •6.3. Перетворення, що відбуваються в сталі при її охолодженні
- •6.4. Перетворення, що відбуваються у сталі при відпусканні
- •7.2. Відпалювання
- •7.3.Нормалізація сталі
- •7.4. Гартування сталі
- •7.5. Відпускання
- •7.6. Термомеханічна обробка (тмо) сталі
- •Тема 8. Хіміко-термічна обробка сталі
- •8.1. Сутність, призначення та основні процеси, що відбуваються при хіміко-термічній обробці сталі
- •8.2. Цементація сталі
- •8.3. Азотування сталі
- •8.4. Ціанування (нітроцементація) сталі
- •8.5. Дифузійне насичення металами (металізація) і неметалами.
- •Тема 9. Леговані сталі
- •9.1. Вплив легуючих елементів на поліморфізм заліза і на ферит
- •9.2. Вплив легуючих елементів на перетворення в сталі
- •9.3. Класифікація та маркування легованих сталей
- •9.4.Конструкційні леговані сталі
- •9.5.Інструментальні сталі
- •9.6. Корозійностійкі (нержавіючі) сталі
- •Тема 9. Кольорові метали та сплави
- •9.1. Алюміній і сплави на його основі
- •Деформівні алюмінієві сплави
- •Ливарні алюмінієві сплави
- •9.2. Магній та його сплави
- •9.3. Титан і його сплави
- •Сплави на основі титану
- •9.4. Мідь і її сплави
- •9.4.1Латуні
- •9.4.2.Бронзи
- •9.4.2.1.Олов’яні бронзи
- •9.4.2.2.Алюмінієві бронзи
- •9.4.2.3.Кремнієві бронзи
- •9.4.2.4.Берилієві бронзи
- •9.5. Підшипникові (антифрикційні) сплави
- •Тема 11. Неметалеві матеріали
- •11. 1. Пластичні маси 11.1.1. Пластичні маси, їх властивості та склад
- •11.1.2. Термопластичні пластмаси(термопласти)
- •11.1.3. Термореактивні пластмаси (реактопласти)
- •11.2. Гумові матеріали
- •Література
4.2. Вплив нагріву деформованого металу на його структуру та властивості
Пластична деформація приводить метал до структурно нестійкого стану з високим рівнем термодинамічного потенціалу. Тому пластично деформований метал буде прагнути до зменшення змін, що виникають при деформації, а також внутрішньої енергії.
При звичайних температурах (~20...30°С) низька дифузійна рухомість атомів забезпечує відносну стійкість деформованого стану металу. Але при нагріванні деформованого металу, в зв'язку з прискоренням руху атомів, відбуваються процеси, що приводять його в більш стійкий стан.
При незначному нагріві (для заліза до 300...400°С) прискорення дифузії атомів призводить до усунення внутрішніх напруг і відновлення кристалічної гратки шляхом зменшення густини дислокацій за рахунок їх взаємного знищення (анігіляції), злиття блоків і зменшення числа вакансій і т.д. Цей процес називається поверненням або відпочинком. У результаті цього процесу твердість і міцність трохи знижується (на 20...30%), а пластичність підвищується.
При температурах повернення можливе групування дислокацій однакових знаків у стінки, в результаті чого утворюється комірчаста структура. Це явище називається полігонізацією і вона відбувається при температурах (0,25...0,30)·Тпл. У результаті полігонізації міцність металу знижується на 10...15% та дещо підвищується пластичність.
Нагрів деформованого металу до певної температури Трек (наприклад, для заліза близько 600°С) супроводжується різкою зміною мікроструктури та властивостей: замість витягнутих деформованих зерен з'являються нові рівноосні зерна, різко знижується міцність і твердість при одночасному підвищенні пластичності. Процес утворення нових рівноосних зерен замість деформованих називається рекристалізацією. Температура, при якій відбувається процес рекристалізації, називається температурою рекристалізації і вона визначається за формулою:
Тр = а ·Тпл, (4.4)
де Тр, Тпл – абсолютні температури рекристалізації та плавлення відповідно, К; а – коефіцієнт, який залежить від чистоти металу; а=0,3…0,4 – для металів звичайної технічної чистоти, а для сплавів-твердих розчинів а=0,5...0,6. Після рекристалізації метал повертається до того стану, що він мав до деформування. Схематичне зображення процесів, що відбуваються при нагріванні деформованого (наклепаного) металу, наведено на рис. 4.6, а залежність міцності (в) та пластичності () від температури нагріву - на рис. 4.7.
Рис.4.6. Схема зміни будови наклепаного металу при його нагріванні
Пластичне деформування при температурах вище за Трек хоча і призводить до зміцнення металу, але це зміцнення усувається процесом рекристалізації, що відбувається при цих температурах. Така обробка, при якій немає зміцнення (наклепу), називається гарячою обробкою тиском. Обробка тиском при температурах нижче Трек, коли має місце наклеп, називається холодною обробкою.
При підвищенні температури нагріву та тривалості витримки відбувається укрупнювання нових зерен, що утворилися при первинній рекристалізації, що викликано прагненням системи до зменшення запасу внутрішньої енергії за рахунок зменшення поверхневої енергії - чим крупніше зерна, тим менше загальна поверхня границь зерен в одиниці об'єму.
Можливі три суттєво різні механізми росту зерен:
- зародковий - суть якого полягає в тому, що після первинної рекристалізації знову виникають зародки нових кристалів, кількість яких менше ніж зерен після первинної рекристалізації; такий механізм малоймовірний;
- міграційний - полягає в переміщенні границі зерна та в збільшенні його розмірів за рахунок дрібніших термодинамічно менш стійких зерен; такий механізм може мати значення при високих температурах, коли дифузійні процеси значно прискорюються;
Рис.4.7. Залежність міцності (σв) і пластичності (δ) від температури нагріву: 1 – повернення; 11 – рекристалізація первинна; Ш - рекристалізація вторинна (збиральна)
- злиття зерен - полягає в поступовому "розчиненні" границь зерен і об'єднанні багатьох дрібних зерен в одне велике; такий механізм може здійснюватись при більш низькій температурі за рахунок анігіляції дефектів і знищення границь зерен.
Крім температури та тривалості рекристалізаційного відпалу на величину зерна після рекристалізації суттєво впливає ступінь деформації (рис. 4.8).
Рекристалізаційне відпалювання після відносно невеликої ступені деформації (кр=3...8%) призводить до різкого зростання розміру зерна за механізмом злиття. Таку ступінь деформації називають критичною. Тому, якщо після деформування здійснюватиметься рекристалізаційне відпалювання, то критичної ступені слід уникати.