Цель работы

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

2. Изучение влияния температуры нагрева на структуру и свойства холоднодеформированного металла.

II. Теоретическое обоснование

При нагружении тела (например, приложении растягивающего усилия Р к образцу сечением S) в нем возникают напряжения (s=Р/S). Напряжения вызывают деформацию - изменение размеров и, часто, формы тела. Если напряжения невелики, то деформация будет упругой, исчезающей при снятии нагрузки. Если уровень возникающих напряжений s превысит некоторую критическую величину, то возникает необратимая остаточная или пластическая деформация. В технике такой величиной считают предел текучести s_0,2 - напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2 %.

В кристаллических телах пластическая деформация осуществляется последовательным перемещением дислокаций вдоль определенных плоскостей скольжения. Это вызывает сдвиг одних частей кристалла относительно других. В результате меняется форма зерен. При значительных деформациях зерна (а также неметаллические включения) вытягиваются в направлении преимущественной деформации - возникает волокнистая структура металла[27].

Процессы сдвига, происходящие при деформировании металла, резко увеличивают количество дислокаций, а также точечных (вакансий, межузельных атомов) дефектов решетки. Значительное увеличение числа дефектов решетки (в первую очередь дислокаций) затрудняет дальнейшее скольжение дислокаций, повышает сопротивление металла пластической деформации, соответственно увеличивает его прочность и твердость, снижает пластичность.

Упрочнение металла в результате пластической деформации называется наклепом или нагартовкой.

Наклепанный металл обладает повышенным запасом внутренней энергии, поэтому находится в неравновесном (неустойчивом) состоянии. При нагреве такого металла до температур, при которых атомы приобретают достаточную подвижность, в его структуре протекают диффузионные процессы, приводящие к постепенному возвращению структуры и свойств к равновесному состоянию с минимальной энергией. Различают две основные стадии этих процессов - возврат и рекристаллизацию.

Возврат начинается при относительно небольших температурах и заключается в снятии искажений решетки, уменьшении остаточных напряжений и плотности дефектов решетки. В результате несколько снижаются прочность и твердость (на 10...30 %) и повышается пластичность.

Рекристаллизация заключается в образовании новых равноосных зерен и их дальнейшем росте. При достаточно высокой температуре нагрева завершается формирование структуры и свойств, присущих недеформированному металлу, т.е. происходит его полное разупрочнение. Температура, при которой начинается процесс образования и роста новых недеформированных зерен, приводящий к резкому изменению свойств, называется температурой (или порогом) рекристаллизации (t_р) - рис. 3.1.

Установлено, что величина t_р зависит от температуры плавления металла

(t_пл,)[28] и степени чистоты металла ( через коэффициент а ):

t_р = а×t_пл . (3.1)

В чистых металлах а=0,1...0,2, в металлах обычной технической чистоты 0,3...0,4, в сплавах (твердых растворах) 0,5...0,6.

 

Из рис. 3.1 следует, что для полной ликвидации наклепа деформированный металл необходимо подвергать рекристаллизационному отжигу – нагреву до температур выше t_р.

 

Очевидно что свойства деформированного металла будут зависеть от соотношения t_р и температуры обработки давлением (t_об). Если t_об<t_р , то такая обработка (пластическая деформация) вызывает наклеп и называется холодной. При t_об>t_р изменения механических свойств практически не происходит, так как возникающий наклеп снимается вследствие протекающего одновременно процесса рекристаллизации - такая обработка давлением называется горячей. Для того, чтобы гарантировать полное разупрочнение и максимальную пластичность металла при горячей обработке, ее проводят при температурах, значительно превышающих t_р (табл. 3.1).