3.2. Влияние нагрева

Часть энергии, затраченной на пластическое деформирование, накап­ливается в металле или сплаве (1-15%) в виде энергии различных де­фектов и приводит его с точки зрения термодинамической в метастабильное состояние. Наклепанный металл стремится самопроизвольно перейти в более равновесное состояние с меньшей свободной энергией. Эти про­цессы совершаются путем диффузионного перемещения атомов и решающее влияние на них оказывает температура. У большинства промышленных ме­таллов и сплавов, исключая легкоплавкие, при комнатной температуре под­вижность атомов недостаточна, чтобы обеспечить активное развитие вос­становительных процессов. Чтобы частично или полностью устранить нак­леп, следует проводить нагрев, от температуры и продолжительности ко­торого зависит характер изменений в деформированном материале.

В связи с этим различают процессы возврата и рекристаллизации воз­врат приводит к частичному восстановлению свойств (на 20-30%), уменьшению плотности дислокаций (до 10¹⁰- 10⁸), устранению упругих искаже­ний кристаллической решетки без заметного изменения структуры. Рекрис­таллизация - образование и рост новых неискаженных зерен за счет ис­ходных деформированных и полное восстановление свойств, уменьшение плотности дислокаций до 10⁸ – 10⁶.

Рис.16. Зависимость прочности от температуры

σ_факт.> σ_н>σ_пост.

Температура рекристаллизации Тр в зависимости от абсолютной тем­пературы плавления определяется по формуле А.А.Бочвара: Тр = а·Тпл,

где а - коэффициент, равный для чистых металлов 0,1 - 0,2; для техни­ческих металлов 0,3 = 0,4; для сплавов 0,7 - 0,8. Температура возврата составляет примерно 1/3 от Тр.

В зависимости от температуры деформация может быть холодной и горячей.

Т г.д. > Т рек. > Тв > Т х.д.

При сравнительно небольших степенях деформации (1-15%) последующая рекристаллизация приводит к заметному укрупнению зерна, что вызывает падение таких механических характеристик, как пластичность и, особенно, вязкость. Эта деформация называется критической и ее следует учитывать при обработке металлов давлением.

Τ_{р – температура рекристаллизации}

Τ_р для чистых металлов (0,1÷0,2) Т плавления

Τ_р для технических металлов (0,2÷0,3) Т плавления

Τ_р для сплавов (0,3÷0,35) Т плавления

Т возврата равна примерно 1/3 от Т рекристаллизации

Всегда выше ……. прочности

σ фактическая металла> σ наклепа (иногда может быть выше, иногда после проката в холодном состоянии)> σ поставки

4. ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ

4.1. Измерить твердость латунных образцов, деформированных мето­дом осадки на лабораторном прессе. Степень деформации, ε %: 0,5, 10, 30.

4.2. Построить график зависимости твердости HRB от степени пред­шествующей деформации ε %.

4.3. Просмотреть и схематично зарисовать структуру латуни до и после деформирования.

4.4. Определить температуру возврата и рекристаллизации латуни. Т_пл латуни 1223°К..

4.5. Просмотреть и зарисовать схемы структур лагунных образцов, деформированных на 5,10,30% после рекристаллизации.

4.6. По всем пунктам проведенной работы сделать выводы.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1. Понятие об упругой и пластической деформациях

5.2. Механизм упругой и пластической деформаций

5.3. Диаграмма (кривая) растяжения " σ - ε "

5.4. Что такое наклеп, как он влияет на строение и свойства ме­таллов и сплавов.

5.5.Причины упрочнения при наклепе

5.6. Возврат, его влияние на строение и свойства, практическое применение.

5.7. Рекристаллизация, ее влияние на строение и свойства, практи­ческое применение.

5.8. Понятие о горячей и холодной пластической деформациях. При­вести в качестве примеров металлы и сплавы, деформация которых при комнатной температуре не вызывает наклепа, объяснить почему?

5.9. Понятие о критической степени деформации, ее практическое зна­чение.

Лабораторная работа № 5

ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ СПЛАВОВ

СВИНЕЦ - СУРЬМА ТЕРМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

I.I. Ознакомиться с термическим методом построения диаграммы фа­зового равновесия двухкомпонентной системы.

1.2. Пользуясь диаграммой состояния сплавов свинец-сурьма, нау­читься проводить качественно и количественно фазовый и структурный анализ сплавов.

2. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Электрическая печь

2.2.Термоэлектрический пирометр

2.3.Секундомер

2.4.Металлические свинец и сурьма.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Построение диаграммы фазового равновесия сплавов термическим ме­тодом сводится к определению температур фазовых превращений, которые называются критическими точками, и к последующему нанесению значений этих точек на координатную плоскость: состав (ось абсцисс) - темпе­ратура (ось ординат).

Методика построения диаграммы состояния сплавов Pb — Sb

Диаграмму строят на основании данных всех бригад по критическим температурам кристаллизации, полученным на кривых охлаждения чистых металлов (сви­нец и сурьма) и сплавов свинца и сурьмы различного состава с 5, 10, 20, 40 и 80% Sb (рис.17).

Рис. 17. Кривые охлаждения:

а-свинец; б - сплав с 5% Sb и 95% Рb; в - сплав с 10% Sb и 90% Рb; г - сплав с 20% Sb и 80% Рb; д — сплав с 40% Sb и 60% Pb; e — сплав с 80% Sb и 20% Рb; ж — сурьма

Для построения диаграммы необходимо:

1) начертить сетку в координатах температура — состав (рис. 17 а); температура — по оси ординат, состав в процентах — по оси абсцисс;

2) разделить ось абсцисс и обозначить состав спла­вов; на оси ординат обозначить температуру (рис. 17);

3) на оси абсцисс отметить точки, соответствующие исследованным сплавам, т. е. сплавам с 5, 10, 20, 40 и 80% Sb, и в каждой из этих точек восстановить пер­пендикуляр, т. е. провести линии сплавов (рис. 17 б);

Рис. 18. Построение диаграммы состояния сплавов свинец—сурьма

4) на каждой линии отметить точками температуры кристаллизации, полученные бригадами. Так как ли­ниями чистых металлов свинца и сурьмы являются две ординаты (левая — свинца и правая — сурьмы), то на этих ординатах отметить точками полученные темпе­ратуры кристаллизации свинца и сурьмы (рис. 18);

5) соединить линией точки, характеризующие конец кристаллизации сплавов; так как все эти точки рас­положены при одной температуре 246°С, то линия будет горизонтальная; продолжить эту линию до пра­вой и левой ординат (рис. 18 д);

соединить плавными линиями точки, характеризую­щие начало кристаллизации сплавов; продолжить их до точек кристаллизации чистых металлов (свинец — 327°С, сурьма — 631°С) и до пересечения в точке b на горизонтальной линии — 246°С (рис. 18д);

6) изобразить в общем виде диаграмму состояния сплавов Pb — Sb, охарактеризовать линии ab, bс, db, be, точку b и указать состояние и структуру сплавов в областях 1 — 5 (рис. 17 е).