Рекристаллизационный отжиг алюминия и меди

Лабораторная работа №1

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЙ ОТЖИГ АЛЮМИНИЯ И МЕДИ

Цель работы: изучение влияния холодной пластической деформации и последующего рекристаллизационного отжига на структуру и свойства меди и алюминия

1.1 Теоретические сведения

В результате деформации металла происходит значительное изменение его структуры и свойств. С увеличением степени деформации зерна поворачиваются в направлении действия силы, а затем принимают преимущественную ориентацию и вытягиваются в направлении деформации, образуя так называемую волокнистую структуру – текстуру. Это приводит к росту показателей прочност и твердости, и снижению пластичности, вызванные измельчением блоков мозаики, искажением кристаллической решетки и плотности дислокаций.

Определенная часть работы, затраченной на холодную пластическую деформацию превращается в тепло, а остальная часть энергии аккумулируется в металле в виде повышенной потенциальной энергии атомов за счет увеличения количества дефектов кристаллического строения (поверхностей раздела, вакансий, дислокаций и т. д.) и роста уровня остаточных напряжений. В связи с этим состояние наклепанного металла термодинамически неустойчиво и при нагреве такого металла в нем протекают процессы, направленные на снижение уровня внутренней энергии – возврат и рекристаллизация.

При вылеживании на воздухе, а также при незначительном повышении температуры протекают процессы возврата 1-го рода (отдых) – частичное уменьшение искажений кристаллической решетки в результате снижения плотности дефектов строения. При нагреве до температур, не превышающих 0,2 – 0,3 Тпл происходит процесс возврата 2-го рода (полигонизация), под которым понимают более интенсивное уменьшение искажений кристаллической решетки и внутренних напряжений. Повышение температуры способствует более активному перемещению дислокаций, которые частично аннигилируют (погашаются), а частично концентрируются в отдельных местах, в результате чего зерно разбивается на ряд мелких блоков (полигонов), обладающих совершенной решеткой и повернутых друг относительно друга на небольшой угол. Однако при этом еще не наблюдается заметных изменений структуры, видимых в оптическом микроскопе, по сравнению с деформированным состоянием.

При дальнейшем повышении температуры начинаются процессы первичной рекристаллизации - замены (устранения) микроструктуры наклепанного металла путем зарождения и роста новых зерен с неискаженной кристаллической решеткой.

Температура начала рекристаллизации не является постоянной физической величиной, как, например, температура плавления. Для данного металла (сплава) она зависит от длительности нагрева, степени предварительной деформации, величины зерна до деформации и т. д. Температурный порог рекристаллизации тем ниже, чем выше степень деформации, больше длительность нагрева или меньше величина зерна до деформации.

Температура начала рекристаллизации t _п.р металлов, подвергнутых значительной деформации, для технически чистых металлов составляет примерно 0,4 Тпл (правило А. А. Бочвара), для чистых металлов снижается до (0,1 – 0,2) Тпл, а для сплавов твердых растворов возрастает до (0,5 − 0,6) Тпл.

Для полного снятия наклепа металл нагревают до более высоких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания. Такая термическая обработка получила название рекристаллизационный отжиг.

1.2 Методика выполнения работы

На полученных образцах технически чистых алюминия и меди, а также латуни Л63 измеряется твердость в исходном состоянии, а также после проведения холодной пластической деформации.

На рисунках 1.1 – 1.3 приведены справочные данные по измененияю свойств изучаемых материалов при холодной пластической деформации и последующем нагреве, по которым необходимо определить ожидаемую температуру рекристаллизации.

Далее проводится рекристаллизационный отжиг деформированных образцов при температурах 200, 350 и 550 °С в течении 20 мин. с охлаждением на воздухе. После каждого этапа нагрева измеряется твердость и результаты заносятся в таблицу 1.1. По полученным данным строится график зависимости твердости твердости образцов от вида обработки, по которым определяется температурный порог рекристаллизации. Полученные результаты необходимо сравнить с теоретическими данными.

Таблиця 6.1 – Вплив температури відпалу на твердість деформованого кольорового металу

Метал	Твердість до деформації, НВ	Величина деформації,%	Твердість після деформації,НВ	Твердість після відпалу при температурі, С^о
Al
Cu
Л63

Рисунок 1.1 – Зависимость механических свойств алюминия марок А1 и А2 от степени деформации (а) и от температуры отжига (б)

Рисунок 1.1 – Изменение механических свойств и удельного сопротивления меди М1 в зависимостиот степени деформации (а) и от температуры отжига (б)

Рисунок 1.3 - Зависимость механических свойств латуни Л62 от степени деформации (а) и от температуры отжига (б)

Полученные результаты заносятся в таблицу 1.1 и. По

(Твердомір ТШ-2М кулька діаметром 5 мм навантаження 2500 Н для алюмінію, та 7500 Н для міді).

Розрахунок значень твердісті по Бринелю виконоють за формулою:

НВ = P/F = 2P/(πD(D-(D² – d²)^-2));

де Р – навантаження на кульку кгс (Н);

D – діаметр кульки, мм (D= 5 мм);

d – діаметр відбитку на зразку, мм.

Визначається ступінь деформації.

Далі студенти виконують рекристалізаційний відпал, за режимом: Температура відпалу Тн = 150 ⁰С … 550 ⁰С^., тривалість витримки при температурі відпалу - 20 хвилин.

Після проведення відпалу вимірюється твердість (Твердомір ТШ - 2М кулька діаметром 5 мм, навантаження 2500 Н для алюмінію, та 7500 Н для міді), отриманні значення записують в таблицю. На основі даних викреслюють графіки залежністі твердісті від температури відпалу. Виходячи з попереднього аналізу, визначають яка з температур відповідає проходженню єтапа полігонізації чи рекристалізаційному відпалу.

Таблиця 6.1 – Вплив температури відпалу на твердість деформованого кольорового металу

Метал	Твердість до деформації, НВ	Величина деформації,%	Твердість після деформації,НВ	Твердість після відпалу при температурі, С^о
Al
Cu
Л63

Процесс первичной рекристаллизации термодинамически выго-ден, так как сопровождается уменьшением объемной свободной энер-гии. В результате рекристаллизации наклеп практически полностьюснимается и свойства приближаются к их исходным значениям. Каквидно из рис. 36, при рекристаллизации предел прочности и особеннопредел текучести резко снижаются, а пластичность возрастает. Разу-прочнение объясняется снятием искажения решетки и резким умень-шением плотности дислокаций. Плотность дислокации после рекри-сталлизации снижается с 1010 – 1012 с-2 до 106 – 108 см-2.

Эта температура не является постоянной физической величиной,

как, например, температура плавления. Для данного металла (сплава)

она зависит от длительности нагрева, степени предварительной де-

формации, величины зерна до деформации и т. д. Температурный по-

рог рекристаллизации тем ниже, чем выше степень деформации,

больше длительность нагрева или меньше величина зерна до дефор-

мации.

Температура начала рекристаллизации t п.р металлов, подвергну-

тых значительной деформации, для технически чистых металлов со-

ставляет примерно 0,4 Тпл (правило А. А. Бочвара), для чистых метал-

лов снижается до (0,1 – 0,2) Тпл, а для сплавов твердых растворов воз-

растает до (0,5 − 0,6) Тпл.

Для полного снятия наклепа металл нагревают до бо-

лее высоких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекри-

сталлизации и полноту ее протекания. Такая термическая обработка

получила название рекристаллизационный отжиг.

Рис.

На рисунке 1.1 показана схема изменения структуры и свойств деформированного металла при последующем нагреве.

Рисунок 1.1 – Влияние нагрева на механические свойства и структуру металла

Влияние нагрева на механические свойства и структуру металла,

упрочненного деформацией

Арзамасов с.84

диаграммы рекристаллизации: 1 – Мальцев, 2- Промышленные цветные металлы с.41-медь

Дата добавления: 2015-09-29