Пластическая деформация и рекристаллизация металла

Министерству образования  Республики Беларусь

Белорусский национальный технический  университет

Кафедра “Материаловедения и машиностроения”

 

 

 

 

 

 

 

Отчет по лабораторной работе №3 
на тему: Пластическая деформация и рекристаллизация металла

 

 

 

 

 

 

Руководитель: старший преподаватель  
Вейник В. А.

Исполнитель: студентка группы 10113113

Кеть Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

 

Цель работы: изучение изменения формы, размеров зерен и твердости металла, подвергнутого холодному пластическому деформированию и рекристаллизационному отжигу.

Теоретическая часть: Металлические изделия могут быть получены следующими способами: литьем, обработкой давлением (прокатка, прессование, волочевание и т.д), методами порошковой металлургии, резанием и сваркой. Из названных способов в настоящее время наиболее распространена обработка давлением, при которой форма изделиям придается путем пластического деформирования метала. При этом изменяются внутреннее строение(структура) металла и его свойства.

Металл подвергнутый действию внешних сил, деформируется сначала упруго, а затем пластически. В последнем случае в нем возникают необратимые внутренние изменения.

Явления, возникающие в металле при пластической деформации, многообразны. На всех стадиях его деформирования наблюдается остаточное смещение атомов от своих равновесных положений в кристаллической решетке. Это ведет к неупорядоченному изменению ее параметра, т.е ее искажению.

Вакансия и  дислоцированный атом являются точечными дефектами кристаллического строения металлов, вокруг которых решетка искажаетс.

Помимо точечных дефектов при пластической деформации создаются  линейные дефекты – дислокации.

В процессе развития пластической деформации в результате скольжения изменяется форма зерен. Они могут поворачиваться относительно руг друга и получать определенную ориентацию. По отношению к направлению действующей на металл силы зерна поворачиваются, создавая наибольшее сопротивление деформированию и вытягиваясь при этом вдоль направления приложенной нагрузки ( при растяжении) или перпендикулярно к ней ( при сжатии). Металл приобретает как бы волокнистую структуру. Возникшая ориентация вытянутых зерен называется текстурой.

По мере деформирования увеличивается  число несовершенств, возрастает протяженность  граничных зон зерен при их дроблении, что сопровждается упрочнением деформируемого вещества. Это явление называется наклепом или нагартовкой.

Процессы, происходящие при  нагреве упрочненного деформированием  вещества, подразделяются на две стадии -  возврат и рекристаллизацию. Первая включает отдых и полигонизацию, вторая первичную рекристаллизацию (рекристаллизацию обработки), собирательную и вторичную рекристаллизацию.

Отдых объединяет процессы, связанные с диффузионным перераспределением точечных дефектов( сток к границам и дислокациям) и их частичной аннигиляцией ( взаимное уничтожение) В результате в металле уменьшается концентрация точечных дефектов. Отдых при нагревах до (0,05…0,2)Т_пл где (Т_пл-температура плавления Металла)

Полигонизация- это процесс разделения деформированных зерен металла на полигоны (области с малой плотностью дислокаций). Полигонизация приводит к дальнейшему снятию упругих искажений кристаллической решетки и более полному восстановлению кристаллической решетки и более полному восстановлению физических свойств металла. Вслед за возвратом протекает рекристаллизация, заключающаяся в зарождении и росте новых неискаженных равноосных зерен.

Зерна дробятся на участки  с малоугловыми границами. При полигонизации все физические свойства полностью восстанавливаются. Механические свойства также начинают меняться - твердость и прочность уменьшаются на 5-15%, а пластичность возрастает на 10-30%. Пластичность восстанавливается в большей степени, чем прочность, но предел упругости возрастает.

При дальнейшем повышении  температуры подвижность атомов возрастает и в участках с максимальной плотностью дислокаций возникают зародыши новых зерен. Чем выше степень деформации, тем больше центров рекристаллизации.

Образование новых, равноосных зерен, вместо волокнистой структуры деформированного металла называется рекристаллизацией обработки, или первичной рекристаллизацией. При повышении температуры происходит рост образовавшихся зерен. Эта стадия называется собирательной рекристаллизацией.

Температура рекристаллизации зависит от степени деформации (чем  выше степень деформации, тем ниже температура рекристаллизации) и  от времени отжига (чем продолжительнее  отжиг, тем ниже температура рекристаллизации). Поэтому на практике для сравнения температуры рекристаллизации различных материалов принято понятие порога рекристаллизации (t_п.р.). Это наименьшая температура рекристаллизации сильно деформированного металла (e = 80%) в течение 2-3 часов.

Температурный порог рекристаллизации зависит от температуры плавления  и определяется следующей формулой:

                      Т_п.р. = a × Т_п.л.,

где Т_п.л. – температура плавления металла, ^оК;       a - коэффициент.

Отжиг при температуре, превышающей  температуру рекристаллизации на 100-200 ^оС, называется рекристаллизационным отжигом:

                  t_р.о. = t_п.р. + 100 …200 ^оС.

Пластическую деформацию разделяют на холодную и горячую. Холодная деформация – это деформация, которая происходит при температуре ниже температуры рекристаллизации (t_п.р.). Горячая пластическая деформация – это деформация, которая осуществляется при температурах выше температуры рекристаллизации (t_п.р.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание:

1. Кратко изложить основные теоретические положения по пластической деформации и рекристаллизации металла.  
2. Построить графическую зависимость твердости изучаемого материала от степени деформации и от температуры нагревания. 
   

 

Практическая  часть:

Технологическая карта пластический деформации

№	Степень деформации	Термическая обработка металла	Выдержка в печи	Твердость HRB
0	Не деформирован	В равновесном состоянии	------------	50-55
1	Деформация на 5-6%	------------	------------	58-62
2	Деформация на 10%	------------	------------	65-70
3	Деформация на 30%	------------	------------	80-82
4	Деформация на 70%	------------	------------	86-89
5	Деформация на 10%	Нагрев до 350о	30 минут	62-66
6	Деформация на 30%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	76-79
7	Деформация на 70%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	83-87
8	Деформация на10 %	Нагрев до 450о	30 минут	60-63
9	Деформация на 30%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	74-77
10	Деформация на 70%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	81-83
11	Деформация на 10%	Нагрев до 700о	30 минут	50-54
12	Деформация на 30%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	50-53
13	Деформация на 70%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	49-54
14	Деформация на 5-6%	--ǁ--ǁ--	--ǁ--ǁ--	47-50

На основании полученных результатов построили графики зависимостей твердости изучаемого материала от степени деформации, от температуры нагревания(при ɛ=70%).

1. Зависимость HRB от степени деформации (№0-4)

 

 

 

 

 

 

 

2. Зависимость HRB от температуры нагрева (ɛ=70%)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Зависимость HRB от степени деформации (t=700^oC)

 

 

 

 

 

 

Микроструктура  тех. железа

№0	№4
№7	№10

 

 

 

 

 

Результат работы и выводы:

В ходе лабораторной работы изучили изменения формы, размеров зерен и твердости металла, подвергнутого холодному пластическому деформированию и рекристаллизационному отжигу.