3. Представьте основные понятия о сдвиговом механизме снятия внутренних напряжений при отжиге. Каковы особенности кинетики этого процесса?

При реализации сдвигового механизма снятия остаточных внутренних напряжений, они начинают снижаться в тот момент, когда при нагреве уровень критического напряжения сдвига, уменьшаясь с ростом t-ры, станет меньше величины исходных остаточных напряжений, действующих в металле, и значений критического напряжения сдвига становится движущим фактором релаксации напряжений. Чем больше эта разница, тем в большей степени снимаются напряжения, тем эффективнее получается сам процесс отжига, снимающего напряжения. Кинетика всего процесса снятия напряжений будет контролироваться процессом исчезновения закреплений дислокаций, т.к. он является лимитирующим.

Чем выше t-ра отжига, тем ниже уровень критического напряжения, тем больше эффект снятия напряжений. Особенность в том, что характер кинетики не зависит от t-ры отжига. При любой t-ре наблюдается быстрое уменьшение напряжений в начальный момент времени и затем их медленное снижение до уровня критического. При этом кинетика снятия и уровень остаточных напряжений после отжига опр-ются не его длительностью, а t-ой нагрева.

4. Представьте основные понятия о диффузионном механизме снятия внутренних напряжений при отжиге. Каковы особенности кинетики этого процесса?

Единственным механизмом релаксации упругих напряжений является диффузионный механизм, заключающийся в диффузионном переползании дислокаций в поперечном направлении при их взаимодействии с мигрирующими вакансиями. Это диффузионное переползание дислокаций и возможное их частичное сдвиговое перемещение в новых плоскостях скольжения и составляет сущность релаксационных процессов, обеспечивающих уменьшение упругой энергии отжигаемого материала. При диффузионном механизме релаксации кинетика снятия напряжения опр-ся не t-ой, а длительностью выдержки, которая достигает на практике нескольких десятков часов. Тогда как отжиг, реализующий сдвиговой механизм релаксации напряжений, завершается за несколько минут в зависимости от формы изделия и его размеров.

Рис. Кинетика снятия остаточных внутренних напряжений при отжиге.

5. При изучении кинетики снятия остаточных напряжений при отжиге обнаружено, что уровень напряжений уменьшился на 80% в течение первых 15 минут. Далее в течение 15 часов напряжения уменьшились еще на 5%. Какой механизм снятия остаточных напряжений был реализован при указанном отжиге? В чем он заключается?

Это сдвиговый механизм. Сдвиговая кинетика снятия напряжений хар-ся быстрым уменьшением остаточных напряжений до уровня, близкого к значению критического напряжения сдвига, соответствующего t-ре отжига, с последующим очень медленным уменьшением напряжений, уровень которых приближается к величине критического напряжения. При этом чем выше t-ра отжига, тем ниже уровень критического напряжения и больше эффект снятия напряжений. Характер же кинетики в данном случае не зависит от t-ры.

6. При изучении кинетики снятия остаточных напряжений при отжиге обнаружено, что уровень напряжений уменьшался каждый час выдержки по 1%. По окончании отжига напряжения уменьшились на 50% по сравнению с исходным уровнем. Какой механизм снятия остаточных напряжений был реализован при указанном отжиге? В чем он заключается?

Был реализован диффузионный механизм снятия остаточных напряжений, при котором его кинетика опр-ся не t-ой , а длительностью выдержки, и достигает на практике нескольких десятков часов с постепенным уменьшением напряжений. Механизм заключается в диффузионном переползании дислокаций в поперечном направлении при их взаимодействии с мигрирующими вакансиями, при котором происходит уменьшение упругой энергии отжигаемого материала.

7. Какие механизмы снятия остаточных внутренних напряжений реализуются при отжиге: а) сварного стального узла при t-ре = 600-680°С; б) стального мерительного инструмента после закалки и низкотемпературного отпуска при t-ре = 140-160°С?

А) cдвиговой механизм снятия остаточных напряжений. При реализации этого механизма остаточные внутренние напряжения начинают снижаться, когда при нагреве уровень критического напряжения сдвига, уменьшаясь с ростом t-ры, станет меньше величины исходных остаточных внутренних напряжении. При этом кинетика снятия и уровень остаточных напряжений после отжига опр-ются не его длительностью, а t-ой нагрева.

Б) диффузионный механизм, заключается в диффузионном переползании дислокаций в поперечном направлении при их взаимодействии с мигрирующими вакансиями. При диффузионном механизме релаксации кинетика снятия напряжений опр-ся не t-ой, а длительностью выдержки, которая достигает на практике нескольких десятков часов, тогда как отжиг, реализующий сдвиговой механизм, завершается за несколько минут в зависимости от формы изделия и его размеров

10. При изготовлении тяжело нагруженного стального вала поверхность шейки вместе с переходным радиусом к телу вала обработали накаткой шариками, создав в этой части вала сжимающие остаточные напряжения. Как это скажется на работоспособности вала?

За счет создания на поверхности вала напряжений сжатия, обеспечивают дополнительную работоспособность. Работоспособность вала увеличили.

Отжиг рекристаллизационный и дорекристаллизационный.

1. Назовите цели рекристаллизационного и дорекристаллизационного отжига. Чем принципиально отличаются эти виды отжига?

Целью рекр. отжига – повышение пластичности и уменьшение прочности деформир. материала, в результате улучшается технологичность материала на последующей операции обработки давлением и повышается пластичность готовых изделий.

У дорекрист. отжига аналогичная цель, но он должен обеспечивать в готовом изделии сохранение частичного деформационного упрочнения.

2. К каким материалам (с точки зрения структурного состояния) применяют дорекристаллизационный и рекристализационный отжиг?

Применяют к материалам, у которых различные отклонения в структуре от равновесного состояния, вызванные пластической деформацией. Зерна металла более вытянутые и приобретают волокнистый характер, внутри каждого кристалла повышается плотность дислокаций, вакансий, дефектов упаковки.

3. При пластической деформации плотность дислокаций увеличилась от 100000 дислокаций на 1 см² до 120000, т.е. в 1,2 раза. Какой стадии деформационного упрочнения соответствует такое изменение структуры металла? Чем объясняются эти изменения?

П ри пластической деформации плотность увеличилась от 100000 дислокаций до 120000 – это соотв. стадии лёгкого скольжения, когда движение дислокаций происходит преимущественно в одной системе скольжения. Дислокации на своём пути встречают сравнительно малые сопротивления, в связи с чем упрочнение на этой стадии очень мало и дислокации практически без изменения их кол-ва либо с относительно небольшим увеличением плотности.

4. При пластической деформации плотность дислокаций увеличилась от 1 млн на 1 см² до 1 млрд на 1 см², т.е. в 1000 раз. Какой стадии деформационного упрочнения соответствует такое изменение структуры металла? Чем объясняются эти изменения?

Увеличение плотности дислокаций в 1000 раз, т.е. от 10⁶ до 10⁹ соответствует стадии множественного скольжения, т.е. дислокации двигаются в нескольких пересекающихся системах скольжения. В структуре происходят следующие изменения - образование относительно коротких и грубых линий скольжения, которые пересекаются друг с другом на фоне вытянутых зерен вдоль направления.

5. Основным структурным эффектом пластической деформации по сравнению с исходным состоянием явилось увеличение концентрации вакансий. Какой стадии деформационного упрочнения соответствуют эти изменения структуры? Чем они вызваны?

Это соответствует стадии поперечного скольжения. На этой стадии деформация увеличивается, в связи с этим увеличивается плотность дислокаций, появляются условия для развития релаксационных процессов. Главной причиной таких явлений являются процессы поперечного скольжения и диффузионного переползания дислокаций, которое обусловлено избытком вакансий. Дислокации двигаются вместе со ступеньками, которые образовались при пересечении винтовых дислокаций. Вслед за движущейся ступенькой движется "хвост" из вакансий. Вакансии, встречая на своем пути дислокации, взаимодействуют с ними и обеспечивают диффузионное переползание.