Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА НА ТВЕРДОСТЬ МЕТАЛЛА



Цель работы

1. Изучение влияния холодной пластической деформации на структуру и твердость металла.

2. Исследование влияния температуры нагрева на твердость холоднодеформированного металла.

Приборы, материалы и инструмент

1. Образцы из алюминия, меди или низкоуглеродистой стали.

2. Гидравлический пресс.

3. Муфельная электропечь, клещи.

4. Твердомеры Бринелля, монокулярная лупа, набор шлифовальных бумаг.

5. Штангенциркуль.

 

Краткие сведения из теории

Изменение размеров и формы тел под действием внешних сил называют деформацией. Различают упругую и пластическую деформацию.

Упругой деформацией называют такую деформацию, влияние которой на форму и размеры тел полностью устраняются после прекращения действия внешних сил.

Пластическая деформация является результатом необратимых смещений атомов под действием внешних сил. В кристаллах такие смещения атомов происходят путем скольжения и двойникования. Скольжение и двойникование имеют дислокационный характер, т.е. происходят за счет перемещение дислокаций. Формирование структуры металла при обработке давлением происходит вследствие деформации каждого из кристаллитов. В поликристаллическом материале зерна ориентированы не одинаково и поэтому пластическая деформация не может протекать одинаково во всем объеме металла.

До деформации исходное зерно отожженного металла, как правило, имеет округлую равноосную форму (рис. 12.1 а).

 

 

а) б)

Рисунок 12.1 – Изменение формы зерна в результате пластической де­формации: а) до деформации, б) после деформации

Основное изменение формы кристаллитов (зерен) при пластичес­кой деформации состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации растяжения (например, в направлении прокатки или волочения), образуя волокнистую или слоистую структуру (рис. 12.1 6). Образуется, так называемая, текстура деформации – преимущественная ориентация зерен в направлении внешних действующих сил.

С увеличением степени холодной деформации εпоказатели сопротивления деформированию (предел прочности σв, предел теку­чести σт, твердость НВ) возрастают, а показатели пластичности (относительное удлинение δ и сужение ψ) снижаются (рис. 12.2). Это явление получило название наклеп. При деформации металла более 50-70 % его прочностные свойства могут увеличиться в 1,5-3,0 раза в зависимости от природы металла и вида обработки металла давлением.



 

  Рисунок 12.2 - Зависимость механических свойств металла от степени холодной пластической деформации

 

Наиболее важное изменение внутреннего строения кристаллитов при деформации металла – увеличение плотности дислокаций (отношение суммарной длины дислокаций к объему металла). Если плотность дислокаций у хорошо отожженного металла равна 106 - 108 см-2, то при больших степенях деформации она достигает 1011 – 1012 см-2. Следовательно, рост показателей сопротивления деформации и снижение показателей пластичности с увеличением степени холодной пластической деформации происходят в результате повышения плотности дислокаций.

Холодная обработка давлением приводит металл в состояние с повышенной свободной энергией. В связи с этим, состояние деформированного металла термодинамически не устойчиво. При нагреве наклепанного металла в нем протекают процессы возврата и рекристаллизации, изменяющие его свойства обратно тому, как они изменялись при холодной пластической деформации: показатели сопротивления деформированию (пределы прочности и текучести, твердость) уменьшаются, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) возрастают.



Процессы возврата (отдых и полигонизация) протекают при нагреве до сравнительно низких температур (ниже 0,2-0,3 Тпл). На первой стадии возврата – отдыхе, происходит уменьшение концентрации точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов) и перераспределение дислокаций без образования новых субзерен. На второй стадии возврата – полигонизации, происходит дробление (фрагментация) деформированных кристаллов на субзерна (полигоны) с границами, представляющими собой дислокационные стенки. При прохождении процессов возврата еще не наблюдается заметных изменений структуры металла, видимой в световом микроскопе, по сравнению с деформированным состоянием (рис. 12.3 а). При этом, механические свойства остается без изменений (рис. 12.3) или изменяются незначительно.

 

 

Рисунок 12.3 – Влияние температуры нагрева на механические свойства и структуру холоднодеформированного металла

 

Начиная с определенной температуры (tнрек)при нагреве холоднодеформированного металла в его структуре наблюдается образо­вание новых равноосных зерен наряду с деформированными (рис. 12.3 б). Процесс образования и роста новых округлых равноосных зерен вместо волокнистой структуры называют первичной рекристаллизацией. Сле­дует отметить, что новые равноосные зерна отличаются от старых вытянутых зерен деформированной матрицы не только формой и разме­рами, но и, что гораздо важнее, более совершенным внутренним стро­ением, резко пониженной плотностью дислокаций. Падение прочност­ных свойств предварительно деформированного металла и повышение его пластичности, т.е. снятие наклепа во время рекристаллизации объясняется сниже­нием плотности дислокаций и полным снятием остаточных напряжений. Движущей силой процесса первичной рекристаллизации является разница свободных энергий деформированного материала и материала в равновесном состоянии.



Установлено, что температура начала рекристаллизации метал­лов (tнрек), подвергнутых значительной деформации, составляет 0,4 Тпл, для металлов технической частоты, а для сплавов – (0,6-0,7) Тпл. Т.о. наличие примесей является важным фактором, определяющим температуру рекристаллизации. Для полного снятия наклепа металл необходимо нагревать до более высоких температур. Такая термическая обработка получила название рекристаллизационного отжига (рис. 12.3 в). При дальнейшем повышении температуры наблюдается рост одних рекристаллизованных зёрен за счет других (рис. 12.3 г). Такой процесс называется собирательной рекристаллизацией. Он происходит за счет снижения поверхностной энергии, т.к. рост зерен приводит к уменьшению площади границ.

В зависимости от соотношения температуры проведения деформации и температуры рекристаллизации металла различают холодную и горячую деформации.

Холодной называют такую деформацию, которую проводят при температурах ниже температуры рекристаллизации. Следовательно, холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) метал­ла.

Горячей называют такую деформацию, которую проводят при темпе­ратуре выше температуры рекристаллизации. В этом случае полностью проходят процессы рекристаллизации и не наблюдается упрочнения (наклепа) металла.

 

Задание

В настоящей работе студенты определяют влияние холодной пластической деформации и температуры нагрева на твердость сталь­ных, медных или алюминиевых образцов.

Порядок выполнения работы:

1. На гидравлическом прессе осадить на разную высоту цилин­дрические образцы из стали, меди или алюминия. Степень холодной пластической деформации подсчитать по формуле

 

h0 – h1

ε = ------- . 100 % ,

h0

 

где h0 - высота образца до деформации, мм;

h1- высота образца после деформации, мм.

2. Замерить твердость медных или алюминиевых образцов на твердомере Бринелля, используя в качестве индентора шарик диаметром 5 мм под нагрузкой 2500 н, а стальных образцов на твердомере Роквелла — используя в качестве индентора стальной шарик диаметром 1,59 мм под общей нагрузкой 100 кгс (по шкале В).

Полученные значения твердости НRВ стальник образцов перевести по Бринеллю. Результаты экспери­мента записать в таблицу 12.1.

3. Построить график в координатах: «Твердость НВ - степень пластической деформации δ».

4. По четыре образца стали, меди или алюминия осадить на гидравлическом прессе со степенью деформации не менее 50 %.

5. После пластической деформации произвести отжиг образцов. Для этого заложить поодному образцу в печи, предварительно наг­ретые:

а) для меди и алюминия до 100, 200, 300, 400 °С на 30 мин;

б) для стали до 500, 600, 700 °С на 45 мин.

После выдержки в печи замерить твердость каждого образца и записать в таблицу 12.2.

6. Построить график в координатах: «Твердость НВ - температура нагрева при отжиге».

 

Содержание письменного отчета

1. Название и цель работы.

2. Результаты экспериментов в виде таблицах 12.1 и 12.2.

3. Графики зависимости в координатах: «Твердость НВ - степень пластической деформации δ», «Твердость НВ - температура нагрева при отжиге».

4. Выводы о влиянии степени холодной деформации и темпера­туры нагрева деформированного металла на твердость стальных, медных или алюминиевых образцов.

 

Таблица 12.1 – Влияние степени пластической деформации на твердость металлических образцов

 

Материал № образца Высота образца до деформации, h0, мм Высота образца после деформации, h1, мм Степень деформации, ε, % Твердость, НВ
           

 

 

Таблица 12.2 – Влияние температуры нагрева деформированного металла на его твердость

 

  Материал Степень деформации, ε, % Твердость, НВ  
Температура нагрева, 0С
   
               

Контрольные вопросы

1. Какую деформацию называют упругой? Какую пластической?

2. Назовите атомные механизмы пластической деформации кристаллических тел.

3. Как изменяются механические свойства и структура металла с повышением степени холодной пластической деформации?

4. Что понимают под наклепом металла?

5. Какие структурные изменения происходят в наклепанном металле при прохождении процессов возврата?

6. Как изменяется структура и свойства деформированного металла после рекристаллизации?

7. Как различают холодную и горячую деформацию?

8. Какие факторы определяют температуру рекристаллизации?

9. Что является движущей силой первичной и собирательной рекристаллизации?

10.Что называется текстурой деформации?

 

Лабораторная работа № 13

 


Просмотров 971

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!