13. Упругая и пластическая деформация металлов. Материаловедение. Шпаргалка
13. Упругая и пластическая деформация металлов
Деформация – это изменение формы и размеров тела, деформация может вызываться воздействием внешних сил, а также другими физико-механическими процессами, которые происходят в теле. К деформациям относятся такие явления, как сдвиг, сжатие, растяжение, изгиб и кручение.
Упругая деформация – это деформация, которая исчезает после снятия нагрузки. Упругая деформация не вызывает остаточных изменений в свойствах и структуре металла; под действием приложенной нагрузки происходит незначительное обратимое смещение атомов.
При растяжении монокристалла возрастают расстояния между атомами, а при сжатии атомы сближаются. При смещении атомов из положения равновесия нарушается баланс сил притяжения и электростатического отталкивания. После снятия нагрузки смещенные атомы из-за действия сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние и кристаллы приобретают первоначальные размеры форму.
Деформация может быть упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и пластической, остающейся после снятия нагрузки.
Самое малое напряжение вызывает деформацию, причем начальные деформации являются всегда упругими и их величина находится в прямой зависимости от напряжения. Основными механическими свойствами являются прочность, пластичность, упругость.
Важное значение имеет пластичность, она определяет возможность изготовления изделий различными способами обработки давлением. Эти способы основаны на пластическом деформировании металла.
Материалы, которые имеют повышенную пластичность, менее чувствительны к концентраторам напряжений. Для этого проводят сравнительную оценку различных металлов и сплавов, а также контроль их качества при изготовлении изделий.
Физическая природа деформации металлов
Под действием напряжений происходит изменение формы и размеров тела. Напряжения возникают при действии на тело внешних сил растяжения, сжатия, а также в результате фазовых превращений и некоторых других физико-химических процессов, которые связанны с изменением объема. Металл, который находится в напряженном состоянии, при любом виде напряжения всегда испытывает напряжения нормальные и касательные, деформация под действием напряжений может быть упругой и пластической. Пластическая происходит под действием касательных напряжений.
Упругая – это такая деформация, которая после прекращения действия, вызвавшего напряжение, исчезает полностью. При упругом деформировании происходит изменение расстояний между атомами в кристаллической решетке металла.
С увеличением межатомных расстояний возрастают силы взаимного притяжения атомов. При снятии напряжения под действием этих сил атомы возвращаются в исходное положение. Искажение решетки исчезает, тело полностью восстанавливает свою форму и размеры. Если нормальные напряжения достигают значения сил межатомной связи, то произойдет хрупкое разрушение путем отрыва. Упругую деформацию вызывают небольшие касательные напряжения.
Пластической называется деформация, остающаяся после прекращения действия вызвавших ее напряжений. При пластической деформации в кристаллической решетке металла под действием касательных напряжений происходит необратимое перемещение атомов. При небольших напряжениях атомы смещаются незначительно и после снятия напряжений возвращаются в исходное положение. При увеличении касательного напряжения наблюдается необратимое смещение атомов на параметр решетки, т. е. происходит пластическая деформация.
При возрастании касательных напряжений выше определенной величины деформация становится необратимой. При снятии нагрузки устраняется упругая составляющая деформации. Часть деформации, которую называют пластической, остается.
При пластической деформации необратимо изменяется структура металла и его свойства. Пластическая деформация осуществляется скольжением и двойникованием.
Скольжение в кристаллической решетке протекает по плоскостям и направлениям с плотной упаковкой атомов, где сопротивление сдвигу наименьшее. Это объясняется тем, что расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, т. е. связь между ними наименьшая. Плоскости скольжения и направления скольжения, лежащие в этих плоскостях, образуют систему скольжения. В металлах могут действовать одна или одновременно несколько систем скольжения.
Металлы с кубической кристаллической решеткой (ГЦК и ОЦК) обладают высокой пластичностью, скольжение в них происходит во многих направлениях.
Процесс скольжения не следует представлять как одновременное передвижение одной части кристалла относительно другой, оно осуществляется в результате перемещения в кристалле дислокаций. Перемещение дислокации в плоскости скольжения ММ через кристалл приводит к смещению соответствующей части кристалла на одно межплоскостное расстояние, при этом справа на поверхности кристалла образуется ступенька.
Деформация и разрушение металлов
Деформация – изменение формы и размеров тела под действием внешних воздействий.
Механическое напряжение – мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле и действующих на единицу площади поперечного сечения под влиянием внешних воздействий. Единица напряжения в системе СИ – паскаль (Па): 1Па
Напряжения и вызываемые ими деформации возникают при действии на тело внешних сил в результате фазовых и структурных превращений, связанных с изменением объема.
При упругой деформации (рис. 1.16,а) происходят небольшие смещения атомов из положения равновесия. Баланс кулоновских сил притяжения и отталкивания, которыми были связаны атомы, нарушается. При снятии нагрузкисмещенные атомы под действием кулоновских сил возвращаются в исходное положение, деформация исчезает. С ростом нагрузки начинается пластическая деформация
Скольжение осуществляется в результате перемещения дислокаций по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов (рис. 1.17) и зависит от кристаллической структуры металла, скорости приложения нагрузки, температуры. При приложении касательного напряжения (t) краевая дислокация перемещается вследствие разрыва старых межатомных связей и установления новых (рис. 1.17,б
Направления скольжения совпадают с направлениями наиболее плотного расположения атомов. Плоскости и направления скольжения в этой плоскости (рис. 1.18) образуют систему скольжения
В металлах с ГЦК решеткой (Feg, Сu, Al, Ni, Ag) четыре плоскости скольжения (111) с тремя направлениями скольжения вдоль диагоналей граней [110] в каждой плоскости образуют 12 систем скольжения.
В металлах с ОЦК решеткой (Fea, W) плоскости скольжения (110), (112), (123) и направления скольжения вдоль пространственных диагоналей [111] образуют 48 систем скольжения. При пластической деформации металлы с ГЦК решеткой упрочняются сильнее, чем с ОЦК.
В металлах с ГПУ решеткой при c/a ³ 1,63 (Mg, Zn) скольжение происходит по плоскости базиса (рис. 1.18,в) и трем направлениям скольжения. Эти металлы менее пластичны и труднее, чем металлы с кубической решеткой, поддаются прокатке, штамповке.
В металлах с ГПУ решеткой при c/a £ 1,63 (Zr, Ti) скольжение происходит по плоскостям базиса, пирамидальным и призматическим плоскостям. Эти металлы более пластичные, чем магний и цинк.
Источник Франка-Рида. Дислокация расположена в плоскости скольжения (плоскости рисунка) и закреплена в точках А и А1другими дислокациями или примесными атомами (рис. 1.19). Под действием сдвигающего напряжения t дислокация выгибается и принимает форму полусферы. Далее распространение дислокации происходит самопроизвольно путем образования двух спиралей. В точке С спирали встречаются.Это приводит к образованию внешней замкнутой петли дислокации и новой дислокации, занимающей исходную позицию
При деформировании монокристалла дислокации перемещаются беспрепятственно на большие расстояния, если плоскость скольжения параллельна направлению напряжения. Монокристалл не упрочняется, пластическая деформация велика. Эта стадия легкого скольжения в кристаллах с ГПУ решеткой достигает 1000 %, с ГЦК и ОЦК – 10-15 %. С ростом деформации возникает множественное скольжение – дислокации перемещаются в пересекающихся плоскостях. Плотность дислокаций растет до 10
При деформировании поликристалла стадия легкого скольжения отсутствует. Достигнув границы зерна, дислокации останавливаются. Напряжения при скоплении дислокаций упруго распространяются через границу и приводят в действие источник Франка-Рида в соседнем зерне. Плоскости и направления скольжения в каждом зерне различны. Зерна деформируются неодинаково, так как ориентированы произвольно по отношению к приложенной нагрузке(рис. 1.20).
С ростом нагрузки деформация зерен сопровождается изгибами и поворотами плоскостей скольжения. Зерна вытягиваются в направлении пластического течения. Концентрация дефектов (дислокаций, вакансий, междоузельных атомов) внутри зерен возрастает. Эти дефекты затрудняют движение дислокаций: сопротивление деформации растет, пластичность – уменьшается. Явление упрочнения металла при пластической деформации называют наклепом. При степенях деформации более 40 % появляется кристаллографическая ориентация зерен – текстура деформации (рис. 1.20,г). Внутри зерен дислокации сначала распределены равномерно. С ростом деформации появляется ячеистая структура. Ячейки с размером 0,2-3 мкм свободны от дислокаций; границы ячеек – сложно переплетенные стенки дислокаций.
Деформирование двухфазного сплава. Каждая фаза имеет свои плоскости скольжения и критические напряжения сдвига. Процесс деформирования зависит от количества и структуры второй фазы, характера ее распределения. Если хрупкая вторая фаза располагается в виде сетки по границам зерен пластичной матрицы, то сплав будет хрупким. Если хрупкая фаза присутствует в виде отдельных зерен, то сплав сохранит пластичность.
Когда дислокация наталкивается на когерентные частицы второй фазы, то она либо их перерезает, либо огибает (рис. 1.21,а), в зависимости от их размеров, прочности и расстояния между ними. Когда дислокация наталкивается на некогерентные частицы, то она их только огибает. На рис. 1.21,б показано сначала выгибание, а при больших напряжениях – огибание частиц дислокациями. Оставив вокруг частицы петлю, дислокация скользит в прежнем направлении. При возрастании напряжений число петель вокруг каждой частицы увеличивается, расстояние между ними уменьшается. Напряжение для движения дислокации между частицами возрастает, прочность металла увеличивается.
Разрушение металлов. Процесс деформации при достаточно высоких напряжениях заканчивается зарождением трещины и ее распространением через все сечение образца – разрушением. Если металл претерпевает перед разрушением упругую и значительную пластическую деформацию (более 30 %), то говорят о вязком разрушении. При отсутствии или незначительном развитии пластической деформации происходит хрупкое разрушение. Для хрупкого разрушения характерна острая, ветвящаяся трещина, для вязкого наоборот – тупая, раскрывающаяся трещина. Абсолютно вязкое разрушение характерно для такого материала, как сырая глина; абсолютно хрупкое разрушение свойственно алмазу. Большинству технических материалов присуще и вязкое, и хрупкое разрушение, разделение проводится условно по преобладанию того или иного вида. Механизм зарождения трещины при хрупком и вязком разрушении одинаков. Возникновение зародыша трещины происходит при скоплении дислокаций перед препятствием (границы зерен, межфазовые границы, включения), что приводит к возникновению концентратора напряжений, достаточных для образования микротрещины (рис. 1.22).
Влияние нагрева на структуру деформированного металла. До пластической деформации металл находится в равновесном состоянии 1 (рис. 1.23) с минимальным запасом свободной энергии. Большая часть работы (до 95 %), затрачиваемой на деформацию металла, превращается в теплоту – металл нагревается. Система переходит в неравновесное состояние 2. Часть энергии (5-10 %), затрачиваемой при деформации на образование большого числа дефектов кристаллического строения, накапливается в металле. Плотность дислокаций в зависимости от степени деформации увеличивается от 106-108 до 1010-1012 см-2. Система переходит в метастабильное состояние 3, устойчивое при комнатной температуре. При нагреве преодолеваются барьеры DЕ для диффузии точечных дефектов и движения дислокаций. Система возвращается в равновесное состояние 1.
Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на возврат и рекристаллизацию, которые сопровождаются уменьшением свободной энергии. Возврат происходит при низких температурах, рекристаллизация – при более высоких.
Возврат. Форма зерен при возврате не изменяется. При низких температурах нагрева протекает первая стадия возврата – отдых.Уменьшается концентрация собственных точечных дефектов (сток к границам и взаимоуничтожение). Дислокации одинаковых знаков отталкиваются друг от друга, противоположных – притягиваются и аннигилируют (рис. 1.24), т. е. восстанавливаются атомные плоскости. Остаются хаотично расположенные дислокации преимущественно одного знака. Отдых металла снимает внутренние напряжения, уменьшает на 10-15 % твердость и прочность.
При более высоких температурах нагрева протекает вторая стадия возврата – полигонизация.В зернах образуются новые малоугловые границы в результате скольжения и переползания дислокаций. Зерно делится на субзерна – полигоны, свободные от дислокаций. Дислокации скапливаются на границах полигонов, образуя стенки (рис. 1.25). Полигонизация наблюдается не у всех металлов: редко развивается в меди и ее сплавах, хорошо выражена в сплавах алюминия и железа. При деформировании сплавов сложного состава полигонизация приводит к возникновению стабильной ячеистой структуры. Дислокации скапливаются на границах ячеек и вступают во взаимодействие с атомами и дисперсными частицами второй фазы. Ячеистая структура сохраняется при значительном нагреве. Сплавы не рекристаллизуются. При нагреве деформированных металлов процесс отдыха происходит всегда, полигонизация – при определенных условиях.
Первичная рекристаллизация – образование зародышей новых зерен и последующий рост. Зародыши возникают на участках с повышенной плотностью дислокаций, где сосредоточены наибольшие искажения решетки – у границ деформированных зерен, блоков (рис. 1.26). Чем больше степень пластической деформации, тем больше возникает зародышей. Зародыши растут путем диффузии к ним атомов от деформированных участков. Для начала рекристаллизации необходимы следующие условия.
1. Критическая степень деформации металла (например, для алюминия – 2 %, для железа и меди – 5 %). При меньшей степени деформации зарождения новых зерен при нагреве не происходит.
2. Температурный порог рекристаллизации – наименьшая температура нагрева, обеспечивающая возможность зарождения новых зерен:
.
Коэффициент a зависит от чистоты металла и степени деформации. Металл после холодной деформации со степенью e = 80 % рекристаллизуется при более низкой температуре, чем после деформирования со степенью e = 20 %. Для металлов технической чистоты a = 0,3-0,4, твердых растворов a= 0,5-0,6. Для алюминия, меди и железа технической чистоты Трек равна соответственно: 100, 270 и 450 °С.
Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп. После ее завершения происходит рост образовавшихся зерен – собирательная рекристаллизация. При высоких температурах зерна самопроизвольно укрупняются за счет слияния и объединения границ. Свободная энергия металла уменьшается вследствие уменьшения поверхностной энергии (чем крупнее кристаллы, тем меньше протяженность границ). Заключительный этап – вторичная рекристаллизация, сопровождается неравномерным ростом отдельных зерен по сравнению с другими. Формируются зерна-гиганты и зерна-карлики.
Деформация и рекристаллизация металлов
Рассмотрим более подробно понятие рекристаллизации.
Этот процесс известен с 19 века. В микроскопе рассматривались частички стали. Частички состояли из длинных зерен, которые при увеличении температуры изменили свою форму и стали ровными со всех сторон. Такое явление назвали рекристаллизацией.
Рекристаллизация – это образование новых кристаллических зерен с помощью других. Данный процесс происходит при повышении температуры. Чем выше температура, тем быстрее скорость процесса рекристаллизации.
При рекристаллизации изменяются свойства металлов. Может снизиться прочность и стойкость, увеличится пластичность. Во время данного явления становится меньше общая масса зернограничной энергии.
В процессе рекристаллизации используются металлы, состоящие из большого количества кристаллов. Такие металлы являются поликристаллическими. Пластичные металлы, легко поддающиеся деформации, в большей степени подвержены рекристаллизации.
Микроструктура кристаллического тела – понятие характеризующее общее число кристаллов, их расположение, и границы между зернами. Если происходит увеличение количества кристаллов, то снижается качество огнеупоров и их механические свойства. Это происходит, потому что при росте кристаллов повышается напряжение между границами зерен.
При уменьшении размера кристаллов также могут происходить ухудшения свойств металлов.
Для того, чтобы улучшить свойства металлов, необходимо получать изделия с небольшими и крупными кристаллами.
Статическая рекристаллизации происходит уже после деформации изделия. Для этого необходимо повышение температуры.
Динамический вид рекристаллизации происходит в самом процессе деформации изделия из металла.
В науке рекристаллизацию подразделяют на три этапа – первичная, собирательная, вторичная.
- Первичная рекристаллизация характеризуется тем, что в изделии, подвергшемся деформации с помощью повышения температуры, появляются новые кристаллы. Эти кристаллы увеличиваются в размерах и забирают в себя деформированные зерна. К концу завершения процесса деформированные зерна практически исчезают. Также сокращается количество дефектов в металле. Изделия из металла приходит в прежний вид и состояние. Чем выше поднимается температура, тем быстрее происходит процесс первичной рекристаллизации.
- В процессе собирательной рекристаллизации — зерна, неискаженной формы, увеличиваются в размерах, за счет действия друг на друга. Размеры каждого зерна при этом увеличиваются. Чем сильнее деформация, тем больше увеличиваются зерна в размере.
- Вторичная рекристаллизация отличается тем, что лишь небольшое количество зерен способны изменяться в размерах. Такой вид рекристаллизации увеличивает стойкость изделия к повышенным температурам.
Кроме этого, выделяется такое понятие, как динамическая рекристаллизация. В этом процессе появляются совершенно новые зерна. Чем выше повышается температура для деформации металла, тем быстрее осуществляется появление новые зерен. Если температура выше необходимой, то процесс динамической рекристаллизации может завершиться за одну секунду.
Бывает так, что после перенесенной рекристаллизации материал изменяет свою структуру и свойства. Для того, чтобы определить температуру рекристаллизации для определенного металла, необходимо выяснить температуру его плавления.
Рекристаллизация позволяет изменять зерна, их форму, размеры, свойства и структуру. За счет изменения зерен меняется и сам металл.
Процесс рекристаллизации происходит в тесной связи с деформацией металла.
Влияние пластической деформации на микроструктуру металла (схема)
Рассмотрим более подробно понятие деформации и ее назначение.
Деформация – это процесс, при котором меняется форма и размеры изделия. Деформация может происходить за счет воздействия специальных инструментов на металл. Также для деформации изделия используют определенные процессы (например, повышение температуры). Изделие можно растянуть, сжать, скрутить, загнуть. Это и есть процессы деформации.
Выделяют такое понятие, как упругая деформация. Она характеризуется тем, что, когда устраняют внешнюю нагрузку, которая способствовала деформации, изделие из металла приходит в прежнее состояние.
Даже небольшое силовое воздействие на металл вызывает деформацию. Если применяется растяжение изделия, то расстояние между атомами становится больше. А при сжатии изделия происходит обратный процесс.
Если на металл оказывается минимальное воздействие, то эту деформацию можно назвать упругой.
При сильном воздействии металл не возвращается в исходное состояние, и такая деформация называется пластичной.
Чем пластичнее металл, тем больше он поддается пластической деформации.
Во время пластической деформации свойства металла могут измениться до неузнаваемости. Даже если изделие из металла обладает повышенной твердостью, при подборе определенной превышающей нагрузки может произойти пластическая деформация. Предел упругости у каждого металла разный, поэтому и воздействие нужно подобрать исходя из свойств металла.
Если изделие подвергнуть статичной нагрузке, изменения металла будут происходить постепенно и медленно. Такой процесс называется ползучестью. Если увеличить температуру воздействия на изделие, то скорость процессов также возрастет.
Сама же пластическая деформация зависит от свойств металлов, скорости воздействия, температуры и длительности нагрузки.
Те металлы, которые характеризуются кубическим видом кристаллической решетки, считаются наиболее пластичными. Поэтому они быстрее и проще поддаются деформации.
Можно изменить изделие с помощью холодной деформации. Такой процесс происходит при температуре ниже рекристаллизации изделия. При таком виде деформации происходит увеличение прочности металла. Но холодная деформация возможна только с изделиями характеризующимися малым сечением (например, проволока).
Деформация с применением высоких температур, называется горячей. В этом процессе происходит полная рекристаллизация металла. Такой вид деформации обычно используется для крупных изделий.
Также деформация может происходить и без специального воздействия. Такой вид деформации встречается в природе. Свойства, внешний вид определенного металла, его прочность могут поменяться и из-за природных воздействия, независимых от человека.
В данной статье подробно были рассмотрены два важных процесса: деформация и рекристаллизация металлов. Эти процессы взаимосвязаны между собой. Они могут быть обратимыми и необратимыми. Процесс рекристаллизации металла происходит в ходе деформации и различных физических воздействий на металл. Естественно, все металлы отличаются друг от друга по свойствам и структуре, а значит процессы рекристаллизации и деформации происходит по-разному.
Деформация и рекристаллизация широко применяются в изготовлении различных металлических изделий. Эти процессы позволяют увеличить качество металла, изменить форму изделия и его внешний вид. Важно подобрать оптимальное воздействия на металл, только в этом случае его свойства можно улучшить. Не всегда рекристаллизация и деформация оказывают положительное влияние на изделие. Но несмотря на это, эти два процесса являются обязательными в металлообработке.
12.09.2019Пластическая деформация и механические свойства металлов — Студопедия
Студопедия Категории Авто Автоматизация Архитектура Астрономия Аудит Биология Бухгалтерия Военное дело Генетика География Геология Государство Дом Журналистика и СМИ Изобретательство Иностранные языки Информатика Искусство История Компьютеры Кулинария Культура Лексикология Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлы и Сварка Механика Музыка Население Образование Охрана безопасности жизни Охрана Труда Педагогика Политика Право Программирование Производство Промышленность Психология Радио Регилия Связь Социология Спорт Стандартизация Строительство Технологии Торговля Туризм Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Эконометрика Экономика Электроника Юриспунденкция Предметы Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измеренийэлектрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и
прикладные исследования
в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономик
Деформация металла при резании. Зоны распространения упругой и пластической деформации заготовки.
Общие сведения о деформации
При обработке резанием превращение срезаемого слоя в стружку является одной из разновидностей процесса пластической деформации материала, выражающейся в изменении под действием внешней силы формы деформируемого тела без его разрушения.
Различают три основных вида деформированного состояния тела.
а) Растяжение, при котором вдоль одной из трех главных осей деформации x, y, z наблюдается удлинение, а вдоль двух остальных главных осей – укорочение деформируемого слоя.
б) Сжатие, при котором вдоль одной из главных осей деформации наблюдается укорочение тела, а вдоль двух остальных главных осей – удлинение. Если деформации удлинения равны между собой, сжатие называется простым.
в) Сдвиг, при котором деформация тела вдоль одной из главных осей отсутствует, вдоль второй оси происходит укорочение, а вдоль третьей главной оси – равное ему удлинение.
Различают чистый и простой сдвиги.
При чистом сдвиге происходит равномерное укорочение тела вдоль одной оси и равномерное его удлинение вдоль другой, перпендикулярной к первой.
Простой сдвиг сопровождается смещением всех точек тела параллельно одной оси.
Трение и контактные явления в зоне резания. Зоны распространения упругой и пластической деформации.
При внедрении в материал режущего инструмента на его переднюю и заднюю поверхности действуют нормальные силы N1, N2 и силы трения F1, F2 . Считая клин абсолютно жестким телом, можно после сложения всех сил получить общую равнодействующую силу R, являющуюся силой сопротивления резанию. Учитывая сложности определения нормальных сил и сил трения, для удобства расчета технологических параметров процесса резания силу R раскладывают в трехосной системе координат X-Y-Z на составляющие, которые измеряют динамометром или рассчитывают по эмпирическим формулам. При свободном ортогональном резании таких составляющих две: в направлении вектора скорости резания — Pz и перпендикулярно поверхности резания — Py.
Для практических целей обычно используется не сама равнодействующая сила R, а ее составляющие Рz, Рy, Рx. При этом: величина силы Рz определяет крутящий момент резания, по которому определяются: мощность станка, параметры зубчатых колес и валов механизма скоростей станка, параметры зуба и корпуса режущего инструмента; от величины силы Рy зависят: прогиб обрабатываемой детали и ее точность, параметры деталей механизма поперечной подачи; величина силы Рx является исходной для расчета параметров деталей механизма продольной подачи станка. Кроме этого, составляющие силы резания используются при расчетах параметров шпиндельного узла и жесткости станка.
Разложение силы резания R на три составляющие.
Три указанные составляющие силы резания взаимно перпендикулярны; поэтому величина и направление равнодействующей силы определяются как диагональ параллелепипеда
Соотношение величин составляющих сил Pz, Py, Px не остается постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца, элементов режима резания (v, t, s), износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий резания.
Деформация металла при резании. Зоны распространения упругой и пластической деформации заготовки.
При обработке резанием превращение срезаемого слоя в стружку является одной из разновидностей процесса пластической деформации материала, выражающейся в изменении под действием внешней силы формы деформируемого тела без его разрушения.Различают три основных вида деформированного состояния тела.
а) Растяжение, при котором вдоль одной из трех главных осей деформации x, y, z наблюдается удлинение, а вдоль двух остальных главных осей – укорочение деформируемого слоя.
б) Сжатие, при котором вдоль одной из главных осей деформации наблюдается укорочение тела, а вдоль двух остальных главных осей – удлинение. Если деформации удлинения равны между собой, сжатие называется простым.
в) Сдвиг, при котором деформация тела вдоль одной из главных осей отсутствует, вдоль второй оси происходит укорочение, а вдоль третьей главной оси – равное ему удлинение.
Различают чистый и простой сдвиги.
При чистом сдвиге происходит равномерное укорочение тела вдоль одной оси и равномерное его удлинение вдоль другой, перпендикулярной к первой.
Простой сдвиг сопровождается смещением всех точек тела параллельно одной оси.
Механические свойства, деформация и рекристаллизация металлов
Механические свойства, деформация и рекристаллизация металлов [c.51]Освещаются вопросы общего металловедения, пластической деформации и рекристаллизации металлов и сплавов рассматривается их структура дается анализ диаграмм состояния двойных, тройных и четверных систем излагаются основы фазовых превращений в металлических сплавах и приводятся их механические свойства. [c.749]
Степень изменения свойств при облучении зависит от суммарного потока (р, или числа нейтронов, прошедших через сечение, а также от температур облучения и рекристаллизации металла. При облучении число дефектов в металле возрастает с увеличением суммарного потока. По характеру влияния на механические свойства облучение напоминает холодную пластическую деформацию. [c.518]
Цель лабораторных работ показать влияние пластической деформации и рекристаллизации на структуру, главным образом на величину зерна, и на механические свойства (твердость). Для большей наглядности лучше выбрать для испытаний пластичные металлы (медь, латунь, низкоуглеродистая сталь). [c.250]
Известно, что грубая литая структура металла с низкими механическими свойствами деформацией как бы облагораживается, улучшается структура и механические свойства, а при нагреве деформированного металла, наоборот, из-за протекания при высоких температурах процессов собирательной рекристаллизации снова укрупняется структура металла, ухудшаются механические свойства. [c.283]
Пластическая деформация металла сопровождается значительным упрочнением за счет сдвига и поворота образовавшихся обломков кристаллитов, а протекающая в таком металле рекристаллизация возвращает ему прежние механические свойства. Структуру участка рекристаллизации составляют равноосные зерна феррита и перлита. Если свариваемая сталь не подвергалась пластической деформации, то на участке рекристаллизации никаких структурных изменений не произойдет. [c.290]
ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ [c.80]
Интересно отметить, что сползание поверхностного слоя наблюдается только па полированных и отожженных образцах. На шлифованных отожженных (рис. 4, б) или неотожженных и на закаленных образцах не фиксируется различия в поведении поверхностного слоя и объема металла при растяжении. По мнению автора [66], это объясняется тем, что микрорельеф создает неравномерное поле напряжений в поверхностном слое и этим препятствует его сползанию . Рассмотренные экспериментальные данные показывают, что поверхностный слой, приобретающий в процессе механической обработки определенные механические свойства и структуру, в процессе отжига в вакууме при температуре выше температуры рекристаллизации теряет эти свойства и приобретает новые, которые хорошо выявляются на диаграмме остаточная деформация решетки — напряжение растяжения . Эти новые свойства в меньшей степени проявляются после отжига при 600 °С в течение одного часа вследствие недостаточных для их формирования температуры и времени ее воздействия. [c.24]
Неполная горячая деформация сопровождается частичной рекристаллизацией и ведёт в большинстве случаев к неоднородной структуре, что вредно отражается на механических свойствах деформируемого металла и затрудняет деформацию. [c.269]
При температурах ниже температуры начала рекристаллизации наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате (отдыхе) форма и размеры деформированных, вытянутых зерен не изменяются, но частично снимаются остаточные напряжения. Эти напряжения возникают из-за неоднородного нафева или охлаждения (при литье и обработке давлением), неоднородности распределения деформаций при пластическом деформировании и т.д. Остаточные напряжения создают системы взаимно уравновешивающихся сил и находятся в заготовке, не нагруженной внешними силами. Снятие остаточных напряжений при возврате почти не изменяет механические свойства металла, но влияет на некоторые его физикохимические свойства. Так, в результате возврата значительно повышаются электрическая проводимость, сопротивление коррозии холоднодеформированного металла. [c.61]
Облучение при температуре ниже температуры рекристаллизации — низкотемпературное облучение влияет на структурные изменения и механические свойства металлов и сплавов так же, как при холодной пластической деформации материал упрочняется, но теряет пластичность. Максимальная прочность углеродистых сталей при 20 °С достигается при облучении суммарным нейтронным потоком = 2 10 м . Изменение временного сопротивления, предела текучести и пластичности при 20°С аустенитной хромоникелевой стали при увеличении суммарного нейтронного потока if показано на рис. 15.11. При суммарном потоке нейтронов потока свойства не меняются. [c.518]
Специальными методами — рекристаллизацией, медленным охлаждением расплава и т. п.— получают крупные монокристаллы различных металлов, сплавов, каменных пород и т.» п. и на этих монокристаллах детально изучают их механические свойства. В частности, результаты изучения свойств монокристаллов при упругой деформации показывают, что, несмотря на раннее наступление пластической деформации, обусловленное низкими пределами упругости, путем измерения достаточно малых деформаций у всех монокристаллов может быть установлена область линейной зависимости между напряжениями н деформациями. [c.100]
Теория пластичности обычно не учитывает анизотропию материала. Между тем, уже из кристаллографических закономерностей пластической деформации (см. гл. 3) вытекает, что сдвиги и вызываемое ими упрочнение и сопутствующие процессы должны происходить ориентированно, следовательно, зависеть от направления, поэтому по мере роста величины пластической деформации анизотропия в общем должна проявляться более резко. Это в действительности и наблюдается во многих случаях. При прокатке, прессовании, волочении, ковке, а также при механических испытаниях кристаллиты или другие структурные элементы поворачиваются таким образом, что вместо беспорядочной ориентировки зерна в поликристалле приобретают сходную ориентировку (текстуру). Кроме того, зерна, структурные составляющие и включения вытягиваются вдоль направления деформации, что создает геометрическую текстуру, которая часто сохраняется и после рекристаллизации. Все это обусловливает анизотропию механических свойств металлов за пределом упругости. [c.331]
Изменение механических свойств деформированного металла при отжиге (при рекристаллизации) происходит в обратном направлении по сравнению с их изменением при деформации предел прочности, твердость и предел упругости падают, относительное удлинение и сопротивление удару растут. [c.117]
Температуру рекристаллизации ванадия определяли при металлографическом исследовании на образцах, подвергнутых отжигу при 830° С, 30 мин. Эта температура повышается до 985— 1100° С при добавлении ниобия и еще больше — при добавлении металлов, образующих дисперсные фазы, например углерода и бора. Упрочняющий эффект холодной деформации не был использован. Механические свойства приведены для полностью рекристаллизованного материала. Таким образом, следует ожидать высокой термической стабильности и хорошей свариваемости. [c.174]
Второй этап наступает при нагреве до более высоких температур — для углеродистой стали 550—650° С. На этом этапе происходит не только полное устранение последствий холодной деформации в отношении восстановления механических и физических свойств металла, но восстанавливается также и структура металла, т. е. происходят образование и рост новых зерен, которые вновь приобретают равноосную форму. Этот этап называется рекристаллизацией. [c.372]
Процесс рекристаллизации является неотъемлемой технологической операцией при любой холодной деформации металла. Благодаря рекристаллизации происходит полное восстановление механических свойств металла и перерождение его структуры, в результате чего обеспечивается возможность дальнейшей его холодной деформации. [c.372]
При изучении влияния процесса рекристаллизации на изменение механических свойств деформированного металла необходимо учитывать величину зерна после рекристаллизации. Оказывается, что величина зерна зависит от многих факторов степени деформации, температуры, продолжительности нагрева, размера исходных зерен и т. д. Для каждого металла есть своя определенная, так называе- [c.372]
Кинетика рекристаллизации обработки при ковке и штамповке показывает, что пластичность, структура и механические свойства деформируемого металла определяются температурно-скоростными условиями обработки и принятой степенью деформации. Степень деформации за каждый ход машины следует применять более высокую, а скорость деформации не слишком большой. В Связи с этим штамповку титановых сплавов надо производить на гидравлических и кривошипных прессах при температурах не выше 950—980° С. [c.78]
Если деформации подвергать металл, нагретый выше верхнего порога рекристаллизации, то в нем одновременно будут протекать два процесса процесс наклепа и процесс рекристаллизации, причем скорость процесса рекристаллизации будет превышать скорость наклепа. В результате этого металл приобретает структуру и механические свойства такие же, как если бы он был после холодной деформации подвергнут рекристаллизационному отжигу. [c.166]
Кратковременные испытания не характеризуют механических свойств металла, находящегося длительное время под действием нагрузки при высоких температурах. Если в этих условиях нагружения металл нагрет до температуры, превышающей температуру его рекристаллизации или близкой к ней, то он может медленно пластически деформироваться (металл ползет ). Максимальное напряжение, которое не вызывает или вызывает весьма малую пластическую деформацию, лежит значительно ниже предела текучести, определенного в испытаниях при высокой температуре. Также резко снижается и предел прочности. Снижение прочностных характеристик тем больше, чем выше температура испытания и длительнее, в определенных пределах, время приложения нагрузки. Снижение прочности может быть очень значительным (табл. 12). [c.141]
Полное восстановление исходных механических свойств металла происходит в результате рекристаллизации — процесса образования и ро- иО ста новых зерен при нагреве до рек=а пл, (где рек и пл — абсолютные температуры начала ре- U кристаллизации и плавления, К). Для углеродистых сталей а=0,4 и рек 550—650° С. При образовании крупных зерен в процессе рекристаллизации прочность и в особенности пластичность металла снижаются. Величина зерна зависит от многих факторов температуры, продолжительности нагрева, степени предварительной пластической деформации и т. д. Критическая степень деформации, после которой происходит сильный рост зерен, для малоуглеродистой стали составляет примерно 10%. [c.493]
Изучение кристаллического состояния является всего лишь первым шагом в исследовании поведения твердых тел. Обычно встречающиеся металлы и сплавы не являются совершенными кристаллами даже монокристаллы могут обладать пороками, сильно влияющими на их свойства, а спектроскопические чистые металлы представляют собой очень сложные структуры. Вследствие чрезмерной близости многих соседей атом или молекула металла в конденсированном состоянии подвергаются действию силового поля нескольких электронных оболочек, в результате чего ок не находится в термодинамическом равновесии со средой. При совершенно определенных условиях температуры и давления чистые металлы могут обладать различными свойствами, существенно зависящими от их предварительной обработки. Это особенно относится к механическим свойствам, в высшей степени зависящим от структуры. Так, например, в зависимости от структуры, полученной при обработке, определенные сорта марганцовистой стали могут быть вязкими, дуктильными и немагнитными или же твердыми, хрупкими и магнитными. Такие термины, как закалка старением, дисперсионная закалка. Механическое упрочнение, упругая деформация и рекристаллизация, легко напоминают многие явления, с которыми металлист встречается при различной обработке металлов. [c.164]
Известно, что грубая литая структура металла с низкими механическими свойствами в процессе деформации измельчается, структура и механические свойства улучшаются. Нагрев Деформированного металла, наоборот, благодаря процессам собирательной рекристаллизации, протекающим при высоких температурах, снова укрупняет структуру металла, ухудшает механические свойства и приближает его к литолму исходному состоянию. [c.246]
Образованию а-фазы способствует повышение содержания хрома, легирование молибденом (Мо = 2…4 % содержится в некоторых сталях), присутствие б-феррита, предварительный наклеп стали. В сварных соединениях сталей типа 12Х18Н10Т а-фаза появляется после 10-50 ч выдержки в благоприятном для ее образования интервале температур, так как наплавленный металл содержит б-феррит, а в нем содержание хрома несколько выше его среднего содержания в стали. Охрупчивание стали под влиянием а-фазы проявляется, начиная с 10 % по объему. Для устранения охрупчивания рекомендуется стабилизирующий отжиг при 850-950 °С. Выдержка при температуре отжига сопровождается растворением а-фазы и одновременно повышает стойкость к МКК, так как устраняются неоднородности содержания хрома на границах зерен аустенита. Кроме того, в стабилизированных сталях вместо карбида хрома образуются карбиды МС, что увеличивает содержание хрома в аустените и в определенной мере повышает его коррозионную стойкость. Образование б-феррита в количестве более 15-20 % снижает технологичность сталей при горячей обработке давлением. Различия механических свойств Y- и б-фаз, температуры и скорости рекристаллизации и коэффициентов линейного расширения являются причиной появления разрьшов и горячих трещин, в особенности при высоких скоростях деформирования и больших деформациях. Количество б-феррита определяется соотношением между аустенитно- и ферритно-образующими элементами в аустените и температурой нагрева стали. Чтобы не допустить образования большого количества б-феррита, при обработке стали ограничивают температуру нагрева с учетом уже имеющегося б-феррита. [c.241]
Процесс нарушения когерентности сопровождается уменьшением напряжений температура его окончания является температурой снятия напряжений II рода (стц)- Одновременно снимаются напряжения III рода(стш). Уменьшение блоков а-фазы происходит не только из-за нарушения когерентности решеток, но и вследствие снятия упругих напряжений в результате пластических сдвигов в микрообластях под воздействием значительных упругих напряжений в условиях повышенной пластичности металла. Температуры, при которых происходит дробление блоков, и соответствующие температуры, при которых изменяются механические свойства, могут изменяться под влиянием упругих напряжений кристаллической решетки, определяемых степенью деформации, содержанием С и легирующих элементов. При третьем превращении могут протекать начальные стадии рекристаллизации твердого раствора (а-фазы), деформированного в результате внутрифазового наклепа. [c.109]
При обычной технологии глубокой вытяжки стакан на стали 12XI8HI0T вытягивается за три перехода с промежуточными отжигами, травлением и т.д. (см. рис. 302). При вытяжке в сверхпла-стичном состоянии эта же деталь получается за один переход. При этом вместо 630-т пресса двойного действия оказывается достаточным 100-т гидравлический пресс, улучшается однородность толщины стенок детали, на 10—12 % улучшается коэффициент использования металла. За счет однородно мелкозернистой структуры улучшаются механические свойства. Условия сверхпластической деформации ° 780- 850° e=10 2-i-10- с (т.е. 4 мин на одно изделие). Ультрамелкое зерно было получено с помощью скоростной рекристаллизации после холодной прокатки. Для этого нагрев катаных заготовок проводили в соляной ванне до 780° со скоростью 30— 50 °С с- и закаливали в воде. [c.574]
Научная и практическая актуальность проблемы исследования физических закономерностей пластической деформации и разрушения поверхностных слоев твердого тела обусловлена тем обстоятельством, что свободная поверхность, являясь специфическим видом плоского дефекта в кристалле, оказьтает сзш1ественное влияние на его физико-механические свойства, в частности на упругую стадию деформирования, предел пропорциональности и предел текучести на общий характер кривой напряжение—деформация и различные стадии деформационного упрочнения (на коэффициенты деформационного упрочнения и длительность отдельных стадий) на процессы хрупкого и усталостного разрушения, ползучести, рекристаллизации и др. Знание особенностей и основных закономерностей микродеформации и разрушения поверхностных слоев материалов необходимо не только применительно к обычным методам деформировани (растяжение., сжатие, кручение, изгиб), но и в условиях реализации различного рода контактных воздействий, с которыми связаны многочисленные технологические процессы обработки материалов давлением (ковка, штамповка, прокатка и др.), а также процессы трения, износа, схватывания, соединения материалов в твердой фазе, поверхностных методов обработки и упрочнения, шлифования, полирования, обработки металлов резанием и др. [c.7]
Механико-термическая обработка. Одним из эффективных методов улучшения жаропрочных свойств является механико-тер-мическая обработка металлов. Следует отметить, что в отличие от термо-механической обработки (сочетание нагрева металла выше точки Лб з с пластической деформацией и с последующей закалкой и отпуском, что приводит к изменению струця ры и насыщению металла дислокациями) механико-термическая обработка заключается в деформировании материалов в сочетании с нагревом при темпера-, турах ниже точки Ас или ниже температуры интенсивного развития рекристаллизации и в результате изменяет субструктуру внутри кристаллитов при оптимальной плотности дислокаций. [c.70]
Неполная горячая деформация. В результате неполной горячей деформации рекристаллизация и разупрочнение проходят неполностью. В металле будут одновременно два разных типа ми-кроструетур с равноосными и вытянутыми зернами. Неполная горячая деформация из-за неоднородности структуры приводит к ухудшению механических свойств, способствует уменьшению пластичности и увеличению вероятности разрушения и поэтому неже- лательна. Температура неполной горячей деформации 0,5—0,7 Горячая деформация. Горячей называют такую деформацию, в цроцессе которой рекристаллизация успевает произойти полностью. В результате горячей деформации образуется рекристал-лизованная равноосная микроструктура. Горячую деформацию обычно осуш ествляют в интервале температур интенсивного роста зерен. Однако деформация проходит настолько быстро, что зерна дробятся и. не успевают вновь вырастать. [c.19]
Кривые показывают, что снижение температуры прокатки ведет к увеличению электросопротивления деформированных образцов, т. е. к повышению концентрации дефектов решетки. Рекристаллизация протекает при —79° С только в тех образцах, которые были прокатаны в жидком азоте. Следует отметить, кроме того, что рекристаллизации предшествует уменьшение концентрации дефектов, таких, вероятно, как вакансии, возникшие в процессе холодной деформации. Последнее заключение сделано на основе сопоставления следующих фактов эти дефекты почти не влияют на механические свойства, а кинетика их исчезновения не зависит от присутствия малых количеств примесей и подчиняется тому же закону, который был найден Винтенбергером [101] для исчезновения вакансий, зафиксированных в металле закалкой энергии активации процессов в обоих случаях также совпадают. Новейшие эксперименты [41] показывают, что исчезновению вакансий при отжиге после холодной деформации предшествует другой процесс, который идет даже при более низких температурах. [c.454]
Структурные изменения, вызванные пластической деформацией, не являются устойчивыми и сохраняются только из-за малой подвижности атомов при низких температурах. При нагреве деформированные зерна будут постепенно перекристал-лизовываться в округлые, равноосные, т. е. структура станет такой, какой она была до деформации. Этот процесс восстановления прежней структуры называется рекристаллизацией. При этом меняются и механические свойства металла снижается твердость, прочность и возрастает пластичность (рис. 33). Температура, при которой восстанавливаются прежние свойства, называется температурой начала рекристаллизации Т — аТцл, где Гпл — температура плавления, а — коэффициент, зависящий от состава и структурного состояния материала. Для технически чистых металлов этот коэффициент равен примерно 0,4, а для сплавов — твердых растворов 0,5—0,6. [c.74]
Свойства металла после горячей обработки (механические характеристики, величина зерен) зависят от температурного режима обработки, степени и скорости деформации. В процессе горячей обработки происходит одновременно разрушение зерен в результате деформации и зарождение новых в результате рекристаллизации. Для суждения о величине зерен в результате горячей обработки последнюю можно рассматривать как С01вмещение во времени процессов холодной обработки давлением и рекристаллизации. Если горячая обработка осуществляется в несколько операций, следующих одна за другой (несколько ударов молота, несколько проходов при прокатке), то величина зерен определяется в основном температурой и степенью деформации в покле Д1нем проходе, т. е. режим1ам конца горячей обработки давлением. [c.159]
Технологию сварки для этих сталей выбирают из условий соблюдения комплекса требований, обеспечивающих прежде всего равнопрочность сварного соединения с основным металлом и отсутствие дефектов в сварном соединении. Сварное соединение должно быть стойким против перехода в хрупкое состояние, а деформация конструкции должна быть в пределах, не отражающихся на ее работоспособности Металл шва при сварке низкоуглеродистой стали незпачительно отличается по своему составу от основного металла — снижается содержание углерода и повышается содержание марганца и кремния. Однако обеспечение равнопрочности при дуговой сварке не вызывает затруднений. Это достигается за счет увеличения скорости охлаждения и легирования марганцем и кремнием через сварочные материалы. Влияние скорости охлаждения в значительной степени проявляется при сварке однослойных швов, а также в последних слоях многослойного шва. Механические свойства металла околошовной зоны подвергаются некоторым изменениям по сравнению со свойствами основного металла — при всех видах дуговой сварки это незначительное упрочнение металла в зоне перегрева. При сварке стареющих (например, кипящих и полуспокойных) низкоуглеродистых сталей на участке рекристаллизации околошовной зоны возможно снижение ударной вязкости металла. Металл околошовной зоны охрупчивается более интенсивно при многослойной сварке по сравнению с однослойной. Сварные конструкции из низкоуглеродистой стали иногда подвергают термической обработке. Однако у конструкций с угловыми однослойными швами и многослойными, наложенными с перерывом, все виды термической обработки, кроме закалки, приводят к снижению прочности и повышению пластичности металла шва. Швы, выполненные всеми видами и способами сварки плавлением, имеют вполне удовлетворительную стойкость против образования кристаллизационных трещин из-за низкого содержания углерода. Однако при сварке стали с верхним пределом содержания углерода могут появиться кристаллизационные трещины, прежде всего в угловых швах, первом слое многослойных стыковых швов, односторонних швах с полным проваром кромок и первом слое стыкового шва, сваренного с обязательным зазором. [c.102]
Первоначально исследовалось главным образом влияние окружающей среды на механические свойства металлических монокристаллов, таких, как олово, свинец, цинк, алюминий, выращиваемых по методу П. Л. Капицы, И. В. Обреимова и методом рекристаллизации. Было установлено, что интенсивность воздействия поверхностно-активных веществ на механические свойства металлических монокристаллов существенно зависит от температуры и скорости деформации (В. И. Лихтман, П. А. Ребиндер и Л. П. Янова, 1947). В то же время при одинаковых температурах и скоростях деформации механические свойства твердых тел и особенно металлов могут меняться в довольно широком диапазоне в зависимости от распределения напряжений внутри образца. Как известно, обычные диаграммы деформации представляют собой усредненные значения сил и деформаций и дают весьма косвенное представление об истинном распределении напряженного и деформированного состояния внутри тела. Количественная сторона этого вопроса весьма сложна, но качественная картина явления довольно полно исследована, начиная по преимуществу с работ Н. Н. Давиденкова (1936). Дело в том, что в процессе деформирования происходит превращение гомогенной механической системы в гетерогенную, причем это превращение заключается в основном в развитии дефектных участков структуры, всегда присутствующих в реальном твердом теле. Как показали эксперименты (В. И. Лихтман и Е. К. Венстрем, 1949), объемное напряженное состояние существенным образом влияет на величину адсорбционного эффекта (например, он возрастает по мере отклонения напряженного состояния вблизи поверхности от состояния всестороннего сжатия см. П. А. Ребиндер, Л. А. Шрейнер и др., 1944, 1949). [c.434]
Количество а- и -фаз и их дисперсность определяются в значительной степени температурой отжига и скоростью охлаждения после отжига. В связи с тем, что структура сплава ВТ22 сильнее зависит от режимов деформации и отжига, чем структура других a+ -сплавов, его механические свойства колеблются в необычно широких пределах. И. Н. Каганович и М. В. Ефимова [153, с. 84] отмечают, что нестабильность и неоднородность механических свойств штамповок обусловлена разными степенями деформации в различных зонах, разным характером структур (рекристаллизованная, частично рекристаллизованная, равноосная, текстурованная) и разной скоростью охлаждения. В итоге в разных объемах металла рекристаллизация протекает с различной полнотой, что и вызывает неоднородность свойств. Замедленное охлаждение после отжига или выравнивающий отжиг непосредственно после деформации способствует более однородному протеканию рекристаллизации и стабилизации свойств. [c.133]
Деформация металла при обработке давлением
При обработке металлов давлением в заготовке под действием внешних сил возникают напряжения. Если они невелики, происходит упругая деформация, при которой атомы металла смещаются с положений устойчивого равновесия (рис. 2.2, а) на очень малые расстояния, не превышающие межатомные (рис. 2.2, б). После снятия нагрузки атомы вследствие межатомного воздействия возвращаются в исходные положения устойчивого равновесия. Форма тела полностью восстанавливается и никаких остаточных изменений в металле не происходит. Значения упругих деформаций очень малы и составляют тысячные доли процента.
С увеличением внешней нагрузки напряжения в теле растут, что ведет к смещению атомов с положений устойчивого равновесия на расстояния, значительно превышающие межатомные (рис. 2.2,в). После снятия нагрузки атомы занимают новые места устойчивого равновесия, поэтому форма тела не восстанавливается (рис. 2.2, г). Такое необратимое изменение формы тела называется пластической деформацией. Способность металла подвергаться пластической деформации называется пластичностью. Количественно пластичность характеризуется значением максимальной остаточной деформации, которую можно сообщить металлу до его разрушения. Пластичность, как будет показано ниже, не является постоянной характеристикой металла, так как в значительной степени зависит от условий деформирования.
Общая пластическая деформация поликристаллического металла складывается из деформаций двух видов — внутрикристаллитной и межкристаллитной.
Рис. 2.2. Перемещение атомов при деформации скольжением: а — устойчивое равновесие, б — упругая деформация, в — начало смещения атомных слоев, г — пластическая деформация; а — а — плоскости скольжения, τ — касательные напряжения
Рассмотрим внутрикристаллитную деформацию. Пластическая деформация в отдельно взятом зерне происходит в основном за счет скольжения одних тонких атомных слоев кристаллита относительно других (см. рис. 2.2, в, г), причем их относительное смещение составляет примерно 100 . . . 200 А. Смещения совершаются по особым кристаллографическим плоскостям (а — а), наиболее плотно упакованным атомами и называемым плоскостями скольжения. Например, для металлов с гранецентрированной кристаллической решеткой такой плоскостью является плоскость октаэдра abc (см. рис. 2.1, г).
Скольжение атомных слоев происходит в первую очередь по тем плоскостям, направление которых составляет 45° по отношению к направлению действия усилия сжатия Р (см. рис. 2.3, а), так как по этим направлениям действуют максимальные касательные напряжения тmах. Так, в образце, показанном на рис. 2.3, а, скольжение буде
Пластическая деформация металла | Статья о пластической деформации металла по The Free Dictionary
Пластическая деформация металла
Необратимое изменение формы металлического тела под действием сил, действующих на его поверхность. Пластичность металла позволяет придавать ему различные полезные формы, которые сохраняются после снятия давления формования. Полное понимание пластической деформации металлов требует понимания трех областей: (1) механизмов, с помощью которых происходит пластическая деформация металлов; (2) способ, которым различные металлы реагируют на множество внешних или внешних условий; и (3) взаимосвязь между внутренней структурой металла и его способностью пластически деформироваться при заданном наборе условий.
Чистые металлы — это твердые кристаллические вещества или смеси твердых кристаллических веществ в случае некоторых сплавов. Большинство металлов и сплавов, которые могут подвергаться значительной пластической деформации, имеют свои атомы упорядоченно упакованных в один из трех типов кристаллической структуры: гексагональную плотноупакованную, гранецентрированную кубическую или объемноцентрированную кубическую или их небольшие вариации. См. Сплав
Для любого типа атомной упаковки, если смотреть на кристалл с разных направлений, атомы можно визуализировать как лежащие в разных ориентированных плоскостях в пространстве.Внутри каждой плоскости атомы расположены в виде регулярного массива, и определенные направления эквивалентны по отношению к расстоянию между атомами и расположению их соседей. Первичный этап пластической деформации металлического кристалла — это перемещение или скольжение одной части кристалла относительно другой через одну из набора кристаллографически эквивалентных плоскостей и в одном из нескольких возможных кристаллографически эквивалентных направлений. Они известны как плоскость скольжения и направление скольжения соответственно.Конкретное направление и ориентация плоскости различаются от одного металла к другому, в основном в зависимости от типа упаковки атомов и температуры пластической деформации. Металлы с эквивалентной кристаллической структурой имеют тенденцию демонстрировать подобную пластическую реакцию на напряжения, даже если фактическая прочность и температурный диапазон такой подобной реакции будет отличаться от металла к металлу.
Когда металл состоит из монокристалла, он деформируется анизотропно при напряжении в зависимости от ориентации действующей системы скольжения.Эти перемещения оставляют на поверхности линейные следы, называемые линиями скольжения, которые можно наблюдать под световым микроскопом. Однако при обычном производстве металлы являются поликристаллическими; то есть они состоят из множества крошечных кристаллов или зерен, все с одинаковой упаковкой, но у каждого кристалла основные плоскости или направления скольжения ориентированы иначе, чем у его соседей. В крупном масштабе это позволяет металлу, находящемуся под напряжением, действовать как изотропное тело, даже если каждое зерно, если оно изолировано, будет вести себя анизотропным образом, что будет зависеть как от его ориентации относительно приложенного к нему напряжения, так и от конкретной кристаллической структуры. металла, частью которого он является.Одним из структурных факторов, которым металлург может управлять для изменения свойств металла, является размер и форма зерна.
Большинство веществ являются слабыми по сравнению с силой, которая теоретически рассчитывается для них на основе прочности связей между атомами в кристалле и межатомного расстояния. По оценкам, эта прочность составляет около одной десятой модуля упругости конкретного металла. Более того, наблюдаемая максимальная прочность металлов больше равна одной десятой этой расчетной прочности, а напряжение, при котором начинается пластическая деформация, часто в несколько раз ниже наблюдаемой максимальной прочности.Причина этого несоответствия между предсказанной и наблюдаемой прочностью металла объясняется субмикроскопическими дефектами, называемыми дислокациями. Эти дефекты позволяют пластически деформировать металлы, даже если их присутствие также снижает максимально достижимую прочность металлов до наблюдаемого значения. Понимание природы и поведения отдельных дислокаций и их взаимодействий составляет современную основу для понимания различных явлений, связанных с пластической деформацией металлов.
Феноменология поведения металлов изучалась и документировалась металлистами и инженерами-металлургами на протяжении веков. Эта информация была жизненно важна для проектирования и производства или строительства металлических предметов от жестяных банок до сложных газовых турбин. Свойства металлов, которые связаны с пластической деформацией, включают пластичность (способность металла значительно деформироваться перед разрушением), поведение при ползучести (зависимая от времени деформация металла под напряжением) и реакция на усталость (условия, при которых напряжения прикладываются циклически, а не постоянно). См. Ползучесть (материалы), Металл, Металл, механические свойства, Обработка металлов, Металлография
Краткая инженерная энциклопедия МакГроу-Хилла. © 2002 McGraw-Hill Companies, Inc.
.Что такое пластическая деформация? (с иллюстрациями)
Пластическая деформация — это процесс, при котором на металл или пластик прикладывается достаточное напряжение, вызывающее изменение размера или формы объекта необратимым образом. Другими словами, изменения постоянны; даже после снятия напряжения материал не вернется к своей первоначальной форме. Этот тип деформации, иногда называемый просто , пластичность , может проводиться как в контролируемых условиях, так и непреднамеренно.
Кузнецы выполняют пластическую деформацию, используя тепло для изменения формы металла.Как деформация пластика, так и деформация металлов связаны с изменением состава самого материала. Например, металлы, которые подвергаются этому процессу пластической деформации, испытывают состояние, известное как дислокация .Когда на металл действует какое-либо напряжение, материал достигает точки, известной как предел текучести. Когда эта точка достигнута, структура молекул, составляющих металл, начинает сдвигаться. Конечным результатом является то, что молекулы перестраиваются в узор, который формируется внешним напряжением, приложенным к объекту.
Подковы изготавливаются в процессе пластической деформации.Есть несколько способов намеренно использовать пластическую деформацию при создании различных видов товаров. Тепло часто используется для придания объектам желаемой формы. Когда металл остывает, форма сохраняется и становится постоянной. Использование давления также может помочь придать пластику и металлу желаемую форму.
Скорость, с которой происходит пластичность, также важна. В ситуациях, когда напряжение вызывает быстрое изменение, есть вероятность, что материал не выдержит давления и может сломаться. По этой причине пластическая деформация, используемая при производстве товаров, включает тщательный контроль температуры и давления, позволяя структуре материала адаптироваться к новым условиям и постепенно изгибаться, пока не будет достигнута желаемая форма.
В прошлом концепция пластической деформации лежала в основе многих товаров, которые изготавливались вручную. Так было, например, с подковами. Металл был выкован при определенных температурах квалифицированным кузнецом по железу, что делало муку довольно пластичной.Затем молотки и другие инструменты можно было использовать для придания формы металлу, пока он еще горячий. Как только кузнец придал металлу желаемую форму и контур, его вынимали из кузницы и давали остыть, эффективно сохраняя форму надолго.
Сегодня пластическая деформация может использоваться при создании всех видов изделий из металла или пластика.Это включает в себя металлическую скульптуру, фурнитуру для дровяных печей и некоторые виды настенного искусства, сделанные из комбинации металлов, таких как олово и латунь. Энтузиасты декоративно-прикладного искусства иногда используют тепло или давление для создания предметов, используя принцип пластичности, часто используя методы, которые обычно использовались в целом до рассвета массового производства товаров.
Некоторые металлические скульптуры изготавливаются методом пластической деформации..