• Название:

    Влияние холодной пластической деформации на стр...

  • Размер: 0.12 Мб
  • Формат: DOC
  • или



Московский государственный технический университет им.
Н.Э.Баумана
Калужский филиал
Л.А.Московских

Влияние холодной пластической деформации на структуру и
свойства металла. Методическое указание к лабораторным работам по курсу
Материаловедение

Под редакцией проф.
Лебедева В.В. Калуга 2002 г.
УДК 669.01
Данное методическое указание издается в соответствии с учебным планом специальности 200100, 320700, 120100, 120500, 120200, 170900, 311300. Указание рассмотрено и одобрено: кафедрой “Материаловедение”
Протокол №_______от___________

_______________зав.
Кафедрой В.В. Лебедев методической комиссией Калужского филиала
Протокол №_______от__________

Председатель методической
_______________комиссии А.В. Максимов

Рецензент _______________ доцент кафедры М5-КФ Н.А. Винокурова

Автор __________________ к.х.н., доц.
Московских Л.А.
Аннотация.
Методическое указание содержит: краткое изложение влияния холодной пластической деформации на структуру и свойства металлов и сплавов.
- порядок выполнения работы;
- требования к оформлению отчёта;

ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛА.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Установить влияние холодной пластической деформации на макроструктуру и твердость технического алюминия.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ.

Пластическая деформация - это остаточная деформация, которая сохраняется в металле после прекращения воздействия.
Она вызывается действием касательных напряжений, происходит при напряжении большем предела упругости и приводит к необратимым изменениям формы и размера тела.
Механизм пластической деформации - дислокационный.
Осуществляется пластическая деформация двумя путями: скольжением и двойникованием.
Скольжение наиболее общий путь развития пластической деформации.
Холодная пластическая деформация - это деформация при температурах < (0,2 ~ 0,25).
Она вызывает резкое изменение структуры и свойств металла:
1. Изменяется форма зерен - зерна вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. Возникает волокнистая структура, примеси, и неметаллические включения вытягиваются вдоль волокна.
2. Происходит кристаллографическая ориентация зерен, т.е. возникает текстура.
Возникновение текстуры - одно из важнейших следствий кристаллографической направленности скольжения в каждом зерне по определенным плоскостям и направлениям кристаллической решетки.
Совершенство текстуры возрастает с ростом степени деформации.
Степень деформации обозначается .
Волокнистая структура и текстура деформации - причина анизотропии свойств холоднодеформированного металла.
Анизотропия свойств конструкционных материалов обычно нежелательна.
Например, анизотропией механических свойств вызывается продольное "расщепление" сильно волоченной проволоки, более легкое разрушение холоднокатаных листов при их изгибе вдоль направления прокатки по сравнению с изгибом перпендикулярно этому направлению.
В случае глубокой вытяжки у сильно анизотропного материала образуются неровные края.
В ряде случаев, когда известны условия работы детали, целесообразно использовать текстурованные материалы.
Анизотропия свойств материалов, со специальными свойствами часто желательна и направленно развивается, (например в трансформаторной стали для увеличения магнитной проницаемости).
3. В ходе пластической деформации изменяется внутреннее строение зерен – увеличивается количество дефектов кристаллического строения. Возрастает концентрация точечных дефектов - вакансий и межузельных атомов.
Наиболее важным является значительное увеличение плотности дислокаций . ( - это отношение суммарной длины дислокаций к объёму, 1/).
В хорошо отожженном металле = ( ~) , в сильно деформированном =, Увеличение плотности дислокаций достигается за счет работы источников Франка - Рида.
В ходе деформации идет взаимодействие дислокаций друг с другом и с другими дефектами с образованием дислокационных сплетений более или менее сложных конфигураций (возникают дислокационные узлы, сетки, решетки из дислокаций).
С повышением степени деформации дислокационные сетки перераспределяются с созданием ячеек, разбивающих зерно на объемы приблизительно равные (2-3 мкм), сравнительно свободные от дислокаций, т.е. происходит образование ячеистой структуры.
Ячеистая структура затрудняет перемещение дислокаций.
______________________
Горячая обработка давлением проводится при температурах > 0,6 . Теплая деформация проводится при температурах приблизительно равных (0,3 ~ 0,6) .

Значительное увеличение числа дефектов кристаллического строения приводит к изменению механических и физико-химических свойств (наклепу).
Изменение механических свойств обусловлено значительным увеличением плотности дислокаций.
Из-за взаимодействия дислокаций, образования дислокационных узлов, сеток, ячеистой структуры подвижность дислокаций уменьшается, что приводит к росту предела прочности (), предела текучести (), твердости (НВ) ,к уменьшению показателей пластичности - относительно удлинения (), относительного сужения (), рис. 1.
, %
Рис. 1. Зависимость механических свойств дюралюмина Д1 от степени обжатия при холодной прокатке.

Для целого ряда металлов и сплавов, не имеющих фазовых превращений в твердом состоянии, холодная пластическая деформация является единственным способом упрочнения (например, для Аl, Сu).
Из-за увеличения прочности числа дефектов кристаллического строения изменяются физико-химические свойства металла.
Растет электросопротивление (у чистых металлов рост не велик, приблизительно (2 ~ 6%); для сплавов увеличение более значительно); ухудшается коррозионная стойкость; уменьшается магнитная проницаемость (), растет коэрцитивная сила () и т.д.
4. Разная ориентация зерен относительно внешних сил, приводит к возникновению градиента деформации и напряжения.
Это является причиной проявления макронапряжений или напряжений I рода, уравновешивающихся в объеме всего тела.
Это зональные напряжения весьма значительны и приводят, как правило, к нежелательным последствиям: к изменению формы зерен коробление после окончания деформации и даже к образованию трещин.
С другой стороны, напряжения I рода могут играть и полезную роль: поверхностное упрочнение металла дробеструйной обработкой, обработкой роликами и др.
В этой случае в опасных зонах создаются сжимающие напряжения, которые препятствуют возникновению трещин и способствуют повышению усталостной прочности.
Таким образом, холодная пластическая деформация имеет важное практическое значение.
Помимо формоизменения (ковка, штамповка, прокатка, и т.д.) холодная деформация, как самостоятельный процесс, является одним из универсальных методов изменения структуры, а, следовательно, и всех структурно чувствительных свойств, определяющих эксплуатационные свойства металлов и сплавов. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучить макроструктуру алюминия в отожженном состоянии и после холодной пластической деформации с разной степенью деформации (), описать ее и зарисовать в виде схемы.
Образцы Аl для макро анализа протравлены раствором:
(2 части НСl, + 3 части HNO3 + 1 часть Н2 О);
2. Изучить влияние холодной пластической деформации на твердость алюминия.
а)Измерить твердость (по Роквеллу) образцов алюминия предварительнодеформированных со степенями деформации = 10%, 20%, 40%, 50%, 75%.Полученные значения твердости записать в таблице 1.
б)По полученным данным построить зависимость HRB=f()
в)Объяснить полученную закономерность и дать заключение о влиянии натвердость алюминия.
Форма таблицы 1.

Твердость, HRB, в отожженном состоянии.
Твердость, HRB, после деформации, %
10
20
40
50
75
ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ:

В отчете должны быть указаны: цель работы, план работы, приведены зарисовки макроструктур, таблица с экспериментальными данными, график HRB = f(%), выводы и объяснения. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое пластическая деформация.
Что называется холодной пластической деформацией.
Как влияет холодная пластическая деформация на структуру металла.
Как изменяются свойства металла при холодной пластической деформации.
С какой целью применяют холодную пластическую деформацию. НЕОБХОДИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Образцы А1 в отожженном состоянии и после холодной пластической деформации приразной степени деформации.
2. Прибор Роквелла.
3. Лупа.

HYPER13 PAGE HYPER15 4