1.Механизмы деформации металлов. Базовая концепция дислокации ..4

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1.Механизмы деформации металлов. Базовая концепция дислокации………..4

2. Система скольжения и деформирование путем двойникования……………6

3. Пластическая деформация металлов………………………………………..11

4. Механизмы упрочнения металлов…………………………………………...15

5. Механизмы повышения прочности металлов……………………………….18

6. Рекристаллизация металлов………………………………………………….21

7. Рост зерна и грубая кристаллизация…………………………………………24

Заключение……………………………………………………………………….26

Список используемой литературы……………………………………………...27

Введение

Деформация металлов - изменение их формы и размеров без макроразрушения под действием внешней силы (или напряжений). Напряжения и вызываемые ими деформации могут возникать при действии на тело внешних сил: растяжения, сжатия, а также в результате фазовых превращений и других физико-химических процессов, связанных с изменением объема.

Если к металлическому телу приложить внешнюю, например, растягивающую силу, то в теле возникнут внутренние силы, направленные в сторону, противоположную действию внешней силы. Появление в теле внутренних сил необходимо для уравновешивания внешних сил. Взаимно уравновешиваться эти силы могут только при действии на абсолютно твердые тела. Поскольку таких тел в природе нет, то при действии внешней силы металлическое тело испытывает деформацию. Деформация осуществляется до тех пор, пока между внешними и внутренними силами не наступит равновесие.

Металлы могут деформироваться упруго (обратимо) и пластически (необратимо).

Упругая деформация - это деформация, при которой металл полностью восстанавливает форму и размеры после прекращения действия сил, вызывавших эту деформацию.

Пластическая деформация - деформация, при, которой металл под действием внешних сил необратимо изменяет свою форму и размеры, т. е. деформируется без разрушения и сохраняет новую форму и размеры после прекращения, действия сил.

1. Механизмы деформации металлов. Базовая концепция дислокации

Повышение прочности или упрочнение материала – условно необратимое повышение прочностных характеристик при механическом, химическом, тепловом воздействии на материал. Упрочнение может достигаться, во-первых, при обработке уже полученного материала, и, во-вторых, при его получении.

Механизмы упрочнения материалов можно разделить на две группы:

а) дислокационные и б) недислокационные.

Дислокационные механизмы упрочнения реализуются в кристаллических материалах. В их основе лежат процессы размножения дислокаций, изменения их плотности и торможения.

Недислокационные механизмы упрочнения возможны в поликристаллических и аморфных материалах, которые могут иметь гетерогенную структуру с высокой работой распространения трещин.

Предлагалось несколько классификаций вариантов или общих направлений упрочнения материалов. В основу этих классификаций положены как механизмы упрочнения, так и способы получения упрочненных материалов.

Дислокация малой окрестности некоторой линии, пронизывающей кристалл. Такие нарушения представляют собой линейные искажения типа обрыва или сдвига атомных слоев, нарушая при этом правильность их чередования. Поперечные размеры линейного дефекта не превышают одного или нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размеров кристалла. Понятие о дислокации было введено в 40-е годы XX в. Френкелем и Тейлором для объяснения механизма пластической деформации.

Различают два типа дислокации: краевая и винтовая. Если одна из атомных плоскостей обрывается внутри кристалла, возникает краевая дислокация, край «лишней» полуплоскости является ее осью. Простейшая наглядная модель краевой дислокации — книга, у которой от одной из внутренних страниц оторвана часть. Тогда, если страницы книги уподобить атомным плоскостям, то край оторванной части страницы моделирует линию краевой дислокации. Винтовая дислокация возникает при сдвиге на период решетки одной части кристалла относительно другой вдоль некоторой полуплоскости параллельно ее краю, играющему роль оси дислокации.

Дислокации всегда присутствуют в реальных кристаллах. Характерная концентрация дислокаций составляет для металлов 1011 м-2, а для диэлектриков 108 м-2. Методы наблюдения дислокаций: избирательное химическое травление, анализ фотоупругости, рентгеноструктурный анализ и электронная микроскопия.

2. Система скольжения и деформирование путем двойникования

Механизм пластической деформации рассмотрим на примере деформации монокристалла. Пластическая деформация в монокристалле осуществляется путем сдвига одной его части относительно другой. Сдвиг вызывают касательные напряжения, когда их значение превышает критическое.

Имеется две разновидности сдвига: скольжение и двойникование (рис. 1).

Рис. 1 Схемы пластической деформации скольжения (а) и двойникования (б)

При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости, называемой плоскостью скольжения или сдвига (рис.1, а). Скольжение - основной вид сдвига в металлах и сплавах. Деформация двойникованием представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части (рис.1, б). Плоскость зеркальной симметрии называют плоскостью двойни-кования. При двойниковании атомные плоскости кристалла сдвигаются параллельно плоскости двойникования на разные расстояния. Часть кристалла, в которой в результате двойникования произошла переориентация кристаллической решетки, называют двойником деформации. По сравнению со скольжением двойникование имеет второстепенное значение. Роль двойникования возрастает, когда скольжение затруднено. В металлах с ОЦК и ГЦК решетками двойникование наблюдается лишь при низких температурах или высоких скоростях деформирования. При нормальных условиях в металлах с ГПУ решеткой деформация развивается как двойникованием, так и скольжением. Механизм двойникования сложен и в дальнейшем не рассматривается.

Деформация скольжением развивается по плоскостям и направлениям, на которых плотность атомов максимальна (рис. 2). Плоскость скольжения вместе с направлением скольжения, принадлежащим этой плоскости, образует систему скольжения. Число систем скольжения неодинаково в металлах с разным типом решеток. У металлов с ГЦК решеткой (Си, А1, Ni и др.) скольжение идет по плоскостям {П1} в направлениях < ПО>. Четыре плоскости скольжения и три направления скольжения в каждой из них образуют 12 эквивалентных систем скольжения.

В металлах с ОЦК решеткой скольжение развивается по плоскостям {ПО}, {112} и {123} в направлениях <111>, число систем скольжения - 48.

У металлов с ГПУ решеткой при с/а > 1,63 (Mg, Zn) скольжение развивается по плоскости базиса, в которой находятся три эквивалентных направления. Эти металлы менее пластичны, чем металлы с ОЦК и ГЦК решетками. Число систем скольжения может увеличиться, если уменьшаются критические напряжения сдвига в других

Рис.2. Системы скольжения в металлах с ГЦК (а), ОЦК (б) и ГПУ (в) решетками; заштрихованы ш10ск0сти наиболее легкого скольжения: 1 - плоскость (1Ц); 2 - плоскость (123); 3 - плоскость базиса; 4 - пирамидальная плоскость скольжения; 5 - призматическая плоскость скольжения плоскостях с менее плотной упаковкой атомов.

Увеличение количества систем скольжения сопровождается повышением способности металла к пластической деформации. В частности, при cja < < 1,63 у циркония и титана скольжение идет по плоскостям базиса, пирамидальным и призматическим плоскостям, так как близки значения критических напряжений сдвига в этих плоскостях. Поэтому эти металлы более пластичны, чем магний или цинк, у которых скольжение идет только по плоскостям базиса.

Элементарный акт сдвига - это смещение одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние. В идеальном кристалле, в котором нет дефектов структуры, в скольжении должны одновременно участвовать все атомы, находящиеся в плоскости сдвига. Для такого синхронного «жесткого» сдвига требуется, как показывают расчеты, критическое касательное напряжение = G/27c*0,16G (G-модуль упругости сдвига). Эту величину тк называют теоретической прочностью кристалла. В реальных кристаллах для сдвига на одно межатомное расстояние требуются напряжения около lOG, что в 1СЮ0 раз меньше теоретического значения. Низкая прочность реальных кристаллов обусловлена их структурным несовершенством.

Пластическая деформация в реальных кристаллах осуществляется путем последовательного перемещения дислокаций. Дислокация легко движется в той плоскости, в которой находятся дислокационная линия и ее вектор Бюргерса. Под действием касательного напряжения избыточная полуплоскость в верхней части кристалла соединяется в одну атомную плоскость с расположенной ниже частью соседней атомной плоскости. Оставшаяся ее часть становится новой полуплоскостью, которая заканчивается краевой дислокацией. Незначительного смещения небольшой группы атомов оказывается достаточно для перемещения дислокации на одно межатомное расстояние. При постоянно действующем напряжении дислокация как бы по эстафете передается от одной атомной плоскости к другой, последовательно вытесняя при этом каждый соседний «правильный» ряд атомов. Процесс повторяется до тех пор, пока дислокация не выйдет на поверхность кристалла и его верхняя часть сдвинется относительно нижней на одно межатомное расстояние. При этом на поверхности кристалла образуется ступенька величиной в вектор Бюргерса.

В плоскости скольжения обычно расположены десятки дислокаций. Их последовательное перемещение вдоль плоскости скольжения развивает процесс пластического течения. Высота ступеньки при этом увеличивается пропорционально числу дислокаций, выходящих на поверхность кристалла. Ступенька, видимая под микроскопом, называется линией скольжения. Деформация развивается неоднородно, линии скольжения располагаются на различном расстоянии друг от друга. Группы близко расположенных линий скольжения образуют полосы скольжения. Пластическая деформация монокристаллов развивается, в первую очередь, по той системе скольжения, где касательные напряжения раньше достигают критической величины. Начальную стадию деформации называют стадией легкого скольжения; деформация монокристалла на этой стадии может достигать десятков процентов. С ростом деформации скольжение распространяется на другие системы, и возникает множественное скольжение. На этой стадии дислокации перемещаются в пересекающихся плоскостях, возрастает сопротивление их движению, и образуется сложная дислокационная структура.

Скольжение дислокаций не связано с диффузией, так как происходит без переноса массы. Этим объясняется сравнительная легкость такого передвижения дислокаций и при отрицательных температурах, когда скорость диффузии мала.

В процессе скольжения возникают новые дислокации, и их плотность повышается от 10* до 10 см" (более высокую плотность получить нельзя из-за появления трещин и разрушения металла). Существует несколько механизмов образования новьге дислокаций, важным из них является источник Франка-Рида (рис. 3). Под действием касательного напряжения закрепленная дислокация выгибается, пока не примет форму полуокружности. С этого момента изогнутая дислокация распространяется самопроизвольно в виде двух спиралей. При встрече спиралей возникают расширяющаяся дислокационная петля и отрезок дислокации. Отрезок занимает исходное положение, и генератор дислокаций готов к повторению цикла. Один источник Франка-Рида способен образовать сотни новых дислокаций.

В основе упрочнения металла при деформировании лежит прежде всего повышение плотности дислокаций.

Движению дислокаций мешают различные препятствия границы зерен.

Рис. 3. Последовательность образования (1 - 7) новой дислокации при действии источника Франка – Рида.

3. Пластическая деформация металлов

Пластическая деформация - сложный физико-химический процесс, в результате которого наряду с изменением формы и строения исходного металла изменяются его механические и физико-химические свойства.

Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическое строение, характеризующееся тем, что атомы в кристаллах располагаются в местах устойчивого равновесия в строго определенном для каждого металла порядке.

При особых условиях охлаждения металл затвердевает в виде большого кристалла правильной формы, называемого монокристаллом. Строение монокристалла определяется соответствующей кристаллической решеткой.

B промышленных условиях затвердевание металла начинается одновременно во многих центрах кристаллизации. Поэтому после затвердевания такой металл состоит не из одного кристалла, а из большого числа прочно сросшихся друг с другом кристалликов неправильной формы, называемых кристаллитами или зернами. Металлы такого строения называются поликристаллическими.

Рассмотрим холодную пластическую деформацию монокристалла. Под действием внешних сил в монокристалле возникают напряжения. Пока эти напряжения не превысили вполне определенной для данного металла величины (называемой пределом упругости), происходит упругая деформация. При упругой деформации атомы отклоняются с мест устойчивого равновесия на расстояния, не превышающие межатомные. После снятия нагрузки под действием межатомных сил атомы возвращаются в прежние места устойчивого равновесия, форма тела восстанавливается, при этом изменений в строении и свойствах металла не происходит. Упругая деформация сопровождается незначительным обратимым изменением объема тела, которое, например, для меди при напряжениях сжатия 100 кг/млti2 (980 Мн/м2) составляет 1,3%.

C увеличением внешней нагрузки увеличиваются и отклонения атомов. При определенных для данного металла напряжениях (пределе текучести) атомы смещаются в новые места устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные. После снятия нагрузки форма монокристалла не восстанавливается, он получает пластическую деформацию.

Необратимые смещения атомов в монокристалле происходят в основном в виде скольжения и в меньшей степени, в виде двойникования.

Скольжение представляет собой смещение атомов в тонких слоях монокристалла. Смещения происходят по особым кристаллографическим плоскостям, причем расстояние между плоскостями скольжения составляет 100 200А. При определенных условиях следы скольжения можно наблюдать в виде полос на поверхности деформируемого металла.

Двойникование, которое в основном происходит при ударных нагрузках, состоит в стройном смещении группы атомов относительно особой плоскости - плоскости двойникования.

Смещенная часть монокристалла будет являться зеркальным отображением (двойником) недеформированной его части.

Пластическая деформация монокристалла сопровождается искажениeм кристаллической структуры, образованием осколков и возникновeниeм остаточных напряжений в кристалле.

Эти явления, затрудняя процесс дальнейшей деформации, вызывают изменения механических и физико-химических свойств исходного металла: прочность, твердость, электросопротивление и химическая активность увеличиваются, при oдноврeменном уменьшении пластичности, ударной вязкости, магнитной проницаемости и т. д.

Совокупность изменений механических и физико-химических свойств в результате холодной пластической деформации называют упрочнением (или наклепом).

Необходимо иметь в виду, что при пластической деформации никакого изменения плотности металла практически не происходит, его объем остается постоянным.

Применяемые в промышленности металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение.

При обработке давлением таких металлов происходит пластичecкая деформация отдельных зерен путем скольжения и двойникования (аналогично монокристаллу) и смещение их относительно друг друга. Деформация сопровождается раздроблением зерен и их удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате этого, последний приобретает строчечную мелкозернистую структуру, отчетливо наблюдаемую под микроскопом.

Одновременно в зернах, так же как и при холодной деформации монокристалла, искажается кристаллическая структура, oбpазуются кристаллитныe осколки и возникают остаточные напряжения. Рассмотренные явления вызывают упрочнение поликристаллического металла.

B большинстве сплавов всегда присутствуют нeметалличeские примеси (окислы, карбиды и т. д.), которые располагаются между зернами в виде пленок или отдельных шариков. При обработке давлением эти включения раздробляются и вытягиваются, придавая металлу волокнистое строение, котоpoе при соответствующей обработке поверхности наблюдается невооруженным глазом.

Величина пластической деформации металлов ограничена их пластическими свойствами. При некоторой, вполне определенной для каждого металла, величине деформации в нем образуются микротрещины, которые при дальнейшем деформировании интенсивно развиваются и вызывают его разрушение.

а)

Рис. 1. Схемы скольжения (а) и двойникования (б) атомов при пластической деформации монокристалла

Если пластическая деформация оказывает упрочняющее влияние на металл, то повышение температуры вызывает его разупрочнение. При незначительном нагреве, увеличивающем подвижность атомов, в холоднодеформированном металле уменьшаются остаточные напряжения и, в некоторой степени, устраняется искажение кристаллической решетки. При этом форма и размеры деформированных зерен не изменяются, строчечная и волокнистая структура металла полностью сохраняются. В результате рассмотренных явлений, называемых возвратом, прочностные свойства металла уменьшаются, пластические - увеличиваются.

4. Механизмы упрочнения металлов

Методы упрочнения связаны с созданием препятствий перемещению дислокаций. Этого можно достичь за счет термической обработки сплавов определенного вида: перекристаллизации; диствердения; мартенситного превращения, особенно характерного для сталей; пластической деформации (наклеп)

Перекристаллизация — это изменение типа кристаллической решетки, происходящее при полиморфном превращении. Упрочнение достигается за счет измельчения зерна в процессе изменения типа кристаллической решетки, т.е. при образовании новой фазы. Так, в исходном состоянии сплав имеет крупнозернистое строение. При его нагреве до температуры tx (рис. 2.27) начинается (а -» у)-превращение. Вновь образующаяся у-фаза возникает по границам исходной а-фазы и имеет меньшую величину зерна. Превращение заканчивается при нагреве до температуры t при этом структура сплава представлена только мелкозернистой у-фазой. При охлаждении происходит обратное (у -» а)-превращение и вторичное измельчение зерна.

Дисперсионное твердение — это упрочнение сплава за счет выделения из пересыщенного твердого раствора большого количества мельчайших частиц второй дисперсной (очень мелкой) фазы. Прочность возрастает за счет того, что эти частицы препятствуют перемещению дислокаций. Дисперсионное твердение возможно для сплавов типа твердый раствор с ограниченной растворимостью (рис. 2.28). В исходном состоянии частицы второй фазы крупные. Упрочнение достигается нагревом до получения однофазной структуры (температуры tx) при этом частицы второй фазы растворяются в твердом растворе. Образованную однофазную структуру фиксируют последующим быстрым охлаждением, т.е. закалкой.

Выделение второй фазы подавляется из-за быстрого охлаждения, поэтому при комнатной температуре получается структура пересыщенного твердого раствора. Выделение вторичной фазы происходит при старении, т.е. нагреве до температур ниже tu вызывающем выделение второй фазы, но не ее рост. В результате получается структура с зернами твердого раствора и мельчайшими частицами второй фазы. Таким образом упрочняются алюминиевые сплавы, быстрорежущие стали и др. Наклеп и рекристаллизация. Наклеп — изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. В результате наклепа повышается предел прочности металла, а его пластичность снижается (рис. 2.29).

В результате пластической деформации происходит искажение кристаллической решетки, зерна металла деформируются и приобретают определенную ориентацию. До деформации зерно имеет равноосную форму, а после деформации зерна сначала вытягиваются в направлении действующих сил, а затем дробятся, т.е. измельчаются (рис. 2.30), что и приводит к повышению прочности. Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. В таком металле даже при комнатной температуре могут самопроизвольно протекать процессы, приводящие его в более устойчивое состояние. Если же деформированный металл нагреть, то скорость этих процессов возрастает. Небольшой нагрев (для железа до 300…400°С) ведет к снятию искажений кристаллической решетки, но микроструктура остается без изменений — зерна по-прежнему сохраняют вытянутую форму. Прочность несколько снижается, а пластичность повышается. Такая обработка называется возвратом или отдыхом.

5. Механизмы повышения прочности металлов

Увеличение прочности (sB,s0,2) и сопротивления усталости (s-1) металлов или сплавов при сохранении достаточно высокой пластичности (d,y), вязкости (KCU, KCT) и трещиностойкости (K1c)cповышает надежность и долговечность машин (конструкций) и понижает расход материалов на их изготовление вследствие уменьшения сечения деталей.

Увеличение прочности достигается созданием соответствующих композиций сплавов и технологии обработки. При этом происходит изменение состава и природы фаз, образующих сплав, их количества и размера, характера распределения дислокации и других дефектов кристаллического строения. Поэтому устанавливают связь между структурой и конструктивной прочностью металлов и сплавов. Принято различать техническую и теоретическую прочность металлов.

Техническую прочность определяют описанные выше свойства s0,2, sB, Sк, E, s-1 и др.

Под теоретической прочностью понимают сопротивление деформации и разрушению, которые должны были бы иметь материалы согласно физическим расчетам с учетом сил межатомного взаимодействия и предположения, что два ряда атомов одновременно смешаются относительно друг друга под действием напряжения сдвига.

Теоретическое значение прочности, рассчитываемое по указанной формуле, в 100 - 1000 раз больше технической прочности. Это связано с дефектами в кристаллическом строении, и прежде всего с существованием дислокаций.

Повышение прочности достигается: созданием металлов и сплавов с бездефектной структурой, что требует больших затрат и повышением плотности дефектов (в том числе и дислокаций), затрудняющих движение дислокаций, что вполне реально.

Рассмотрим с этих позиций основные механизмы упрочнения: деформационное, твердо растворное, образование гетерогенных структур (дисперсное упрочнение), различного рода границ и оценим их роль в охрупчивании металлов.

Деформационное упрочнение (наклеп) приводит к увеличению плотности дислокаций, что сильно повышает предел текучести, но одновременно резко снижает сопротивление хрупкому разрушению.

При образовании твердых растворов (твердо растворное упрочнение) увеличиваются предел прочности и текучести и твердость. Повышение прочности в твердом растворе прямо пропорционально концентрации растворенного элемента (до 10 -30 %) Величина К1с при образовании твердых растворов снижается. Основная причина охрупчивания металла в присутствии примесей внедрения - малая подвижность дислокаций.

Механические свойства сплавов твердых растворов в сильной степени зависят от величины зерна, полигонизированной структуры (субструктуры) и других структурных изменений.

Эффективным барьером для движения дислокаций в металлах является межзеренная граница - зернограничное упрочнение. Повышение прочности при измельчении зерна не сопровождается охрупчиванием. Чем мельче зерно, тем труднее развивается хрупкая трещина, поскольку границы зерен затрудняют переход трещины сколом из одного зерна в другое вследствие изменения ее направления движения. Измельчение зерна понижает порог хладноломкости.

Выделение внутри зерен твердого раствора высокодисперсных равномерно распределенных частиц упрочняющих фаз, сильно повышает предел текучести (дисперсное упрочнение). Упрочнение при старении объясняется торможение дислокаций зонами Гинье-Престона или частицами выделений. Помимо зон ГП дисперсными частицами являются химические соединения, например, карбиды, нитриды, которые обладают высокой твердостью, но при этом хрупки.

Таким образом, для получения сплавов с высокой конструктивной прочностью нужно, чтобы основной твердый раствор имела мелкозернистое строение с развитой внутренней субструктурой, в которой равномерно распределены высокодисперсные частицы упрочняющей фазы. И такая структура сплава обеспечивает получение полупроницаемых барьеров для движущихся дислокаций и сочетание высокой прочности (sB,s0,2), пластичности (d,y), вязкости разрушения (K1c), вязкости (KCV, KCT) и низкой температуры вязко хрупкого перехода (порог хладноломкости t50).

Рассмотренные механизмы упрочнения положены в основу современных технологических процессов повышения конструктивной прочности металлов и сплавов.

6. Рекристаллизация металлов

При большом повышении температуры подвижность атомов возрастает и среди вытянутых зерен идет интенсивное зарождение и рост равноосных зерен. В результате металл приобретает структуру и свойства, которые имел до наклепа. Это явление называется рекристаллизацией. Температура начала рекристаллизации зависит от природы металла — его температуры плавления, а также от того, чистый это металл или сплав: где Тр и — соответственно температура рекристаллизации и плавления, К; а — коэффициент, зависящий от чистоты металла и типа сплава, для технически чистых металлов и сплавов он составляет 0,3…0,4, для сплавов типа твердый раствор — 0,5…0,6, а в некоторых случаях достигает 0,8.

Температура рекристаллизации играет важную роль в процессах обработки металлов давлением. Обработка, производимая ниже температуры рекристаллизации, вызывает наклеп и называется холодной обработкой давлением. Если обработка выполняется при температурах, превышающих температуру рекристаллизации, то это горячая обработка давлением, при которой наклепа не возникает. Поскольку температура рекристаллизации зависит от температуры плавления, то и пограничные температуры, разделяющие обработку на горячую и холодную, для разных металлов сильно отличаются. Так, пластическая деформация свинца при комнатной температуре является горячей обработкой и не вызывает наклепа. Действительно, температура плавления свинца составляет 327 °С, или 600 К. Определим температуру рекристаллизации Тр для а — 0,4 (чистый металл): Тр = 600-0,4 = 240 К = -33 °С. Таким образом, свинец будет упрочняться за счет пластической деформации, если ее выполнять при отрицательных температурах.

На практике для снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы ускорить процесс рекристаллизации. Эта операция называется рекристаллизационный отжиг. Он необходим при производстве заготовок (например, проволоки, ленты в металлургическом производстве) и деталей методами холодной пластической деформации. Так, после прокатки заготовки до определенного диаметра ее пластичность понижается настолько, что дальнейшая холодная обработка невозможна, потому что металл будет разрушаться. Для проведения дальнейшей прокатки и выполняется рекристаллизационный отжиг с целью восстановления исходной пластичности (рис. 2.31).

При этом структура металла не должна быть крупнозернистой, так как высокая пластичность наряду с прочностью присуща мелкозернистым сплавам. Рекристаллизация является диффузионным процессом, поэтому на величину рекристаллизованного зерна оказывают влияние температура отжига (рис. 2.32, а) и его продолжительность (рис. 2.32, б). Нагрев выше оптимальных температур и увеличение времени выдержки ускоряют диффузионные процессы. Это приводит к интенсивному росту зерен и получению в результате крупнозернистой структуры металла.

7. Рост зерна и грубая кристаллизация

Другая причина появления крупнокристаллической структуры в обработанном и отожженном материале лежит в том, что при рекристаллизации кристаллы не являются устойчивыми, но один за счет другого. Поэтому при высоких температурах часть вновь образовавшихся кристаллов исчезает, вместе с тем структура становится крупнокристаллической.

Для большинства технических металлов этот рост зерна, называемый также собирательной кристаллизацией или поверхностной рекристаллизацией (в отличие от рекристаллизации, вызванной обработкой), редко приводит к образованию весьма крупных, занимающих значительную часть сечения кристаллов. Все же это явление укрупнения зерна даже и в его обычной форме, обнаруживаемой, например, в образовании неравномерных отпечатков при испытании на твердость или в появлении рельефа на поверхности при испытаниях на растяжение, очень нежелательно.

Грубая кристаллизация, как показывают многочисленные наблюдения, является как бы второй рекристаллизацией, возникающей только после перехода за некоторый температурный предел, т. е. после длительного отжига при достаточно высокой температуре. До этого момента рост зерна, на примере алюминия различной чистоты, идет обычно в умеренных пределах, затем внезапно резко увеличивается и, наконец, практически прекращается.

Температура выраженного роста зерен для большинства технических материалов лежит значительно ниже температуры плавления. Для серебряных сплавов грубая кристаллизация установлена приблизительно на 200 ниже температуры солидуса (при времени отжига 30 мин.), для латуней - приблизительно на 250 ниже температуры солидуса.

Эти результаты относятся к очень сильно деформированному материалу. С уменьшением степени деформации грубая кристаллизация смещается к более высоким температурам и при некоторой степени деформации уже не отличается от подобного же явления образования крупных кристаллов, вызванного рекристаллизацией после малых деформаций.

Так как действие величины зерна зависит от отношения ее к размерам тела, то особенно сильно оно заметно в очень тонких проволоках.

Установлено также, что очень выраженная грубая кристаллизация имеет место лишь при очень медленном нагреве, в то время как быстрый нагрев выше необходимой для этого температуры приводит к значительно более тонкозернистой структуре.

Заключение

Проблема прочности металлов и сплавов в настоящее время является несомненно актуальной несмотря на многочисленные заявления о том, что человечество вступило в атомный, нейлоновый, "кремниевый" век, век информации и т.д. На самом деле человечество продолжает пребывать в каком-то смысле в "железном" веке, поскольку основу современных технологий по-прежнему составляют металлы и сплавы, в частности сплавы на основе железа. Способность металлов и сплавов в результате различных обработок принимать любую форму, упрочняться, быть свариваемыми и сплавляемыми и самое главное - находиться большей частью в пластическом состоянии, то есть в состоянии, когда деформация не вызывает разрушения, являет собой совокупность их уникальных свойств, которыми не обладают никакие другие материалы.

Список используемой литературы

1.Технология производства ЭВМ / А.П. Достанко, М.И. Пикуль, А.А. Хмыль: Учеб. – Мн. Выш. Школа, 2004 – 347с.

2. Технология деталей радиоэлектронной аппаратуры. Учеб. пособие для ВУЗов / С.Е.Ушакова, В.С. Сергеев, А.В. Ключников, В.П. Привалов; Под ред. С.Е. Ушаковой. – М.: Радио и связь, 2002. – 256с.

3. Тявловский М.Д., Хмыль А.А., Станишевский В.К. Технология деталей и пе-риферийных устройств ЭВА: Учеб. пособие для ВУЗов. Мн.: Выш. школа, 2001. – 256с.

4.Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей ВУЗов / А.М. Дольский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под ред. А.М. Дольского. – М.: Машиностроение, 2005. – 448с.

5. Зайцев И.В. Технология электроаппаратостроения: Учеб. пособие для ВУЗов. – М.: Высш. Школа, 2002. – 215с.

6. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: В 2 ч. Ч.1: Учеб. пособие для вузов / И.В. Ченцов, И.А.

Дата добавления: 2015-08-29