Влияние пластической деформации и нагрева на структуру и свойства металлов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение влияния пластической деформации и нагрева на структуру и свойства металлов. Определение температуры рекристаллизационного отжига.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

При деформации металла в холодном состоянии образуется наклеп – упрочнение металла, которое объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, межузельных атомов).

К недостаткам наклепа можно также отнести ухудшение коррозионной стойкости металла и анизотропию свойств (разные свойства в разном направлении)

Для снятия наклепа металл подвергают термической обработке - рекристаллизационному отжигу. Рекристаллизационный отжиг – это термическая обработка холоднодеформированного металла или сплава, при которой главным процессом является рекристаллизация, в результате которой восстанавливается структура и свойства наклепанного металла.

 

t_р.о. = (Т_рек – 273 ⁰) + (100…150)⁰ С,              (1)

где: t_р.о. – оптимальная температура рекристаллизационного отжига, ⁰С; Т_рек. – абсолютная температура рекристаллизации, выраженная в ⁰К.

Температура начала рекристаллизации находится в определенной зависимости от температуры плавления материала. Это минимальная температура, при которой происходит зарождение новых равноосных зерен на границе текстуры:

 

Т_рек. = α • Т_пл., ⁰К                                 (2)

где: Т_рек. – абсолютная температура рекристаллизации, ⁰К

Т_пл. – абсолютная температура плавления материала, ⁰К

α – коэффициент, учитывающий чистоту металла; 

α = (0,1…0,4) – для чистых металлов (для технически чистых металлов α = 0,4), α = (0,6…0,8) – для сплавов.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Изучить приведенный теоретический раздел.

3.2. Выбрать и записать вариант индивидуального задания, используя таблицу Б1.

3.3. Рассчитать температуру рекристаллизации предложенных материалов по формуле 2.

3.4. Определить температуру рекристаллизационного отжига по формуле 1.

3.5. По заданным температурам деформации определить будет ли возникать наклеп при такой температуре?

3.5. Построить график рекристаллизационного отжига с обозначением зеренной структуры.

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

4.1. Наименование работы.

4.2. Цель работы.

4.3. Вариант индивидуального задания.

4.4. Расчет температуры рекристаллизации.

4.5. Расчет температуры рекристаллизационного отжига.

4.6. Графики рекристаллизационного отжига предложенных материалов с обозначением температур и зеренных структур.

4.7. Заключение о возникновении наклепа в деформируемых при заданной температуре материалах.

4.8. Выводы по работе.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

5.1. Что такое наклеп?

5.2. Как меняется зеренная структура при наклепе?

5.3. Как восстановить структуру и свойства, которые металл имел до возникновения наклепа?

5.4. Что такое температура рекристаллизации?

5.5. Какое практическое значение имеет температура рекристаллизации?

5.6. Как определяется температура рекристаллизации?

5.7. Как определить температуру рекристаллизационного отжига?

5.8. Происходит ли упрочнение металла при горячей пластической деформации?

5.9. При какой температуре осуществляется горячая пластическая деформация?

5.10. Назовите недостатки наклепанного металла.

 

Практическая работа № 3

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА И СООТНОШЕНИЯ ФАЗ В СПЛАВЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучение диаграммы состояния «Железо – карбид железа».

1.2. Приобретение практических навыков в определении фазового состава и соотношения фаз в сплаве по правилу отрезков.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

В зависимости от температуры и содержания углерода, железоуглеродистые сплавы образуют следующие фазы и структурные составляющие:

1. Жидкая фаза – жидкий раствор углерода в железе.

2. Твердые фазы:

2.1. Феррит (Ф) - твёрдый раствор углерода в α-железе. Он имеет ОЦК решётку. Максимальная растворимость углерода при 727°С составляет 0,02%, при комнатной температуре – 0,006%, обладает самой низкой прочностью из всех фаз и структурных составляющих, но очень пластичен и вязок (НВ80, s_в=250МПа; d=50%; y=80%)

2.2. Аустенит (А) – твердый раствор углерода в g-железе. Он имеет ГЦК – решётку. Максимальная растворимость углерода при t=1147°С составляет 2,14%; он более твердый и прочный по сравнению с ферритом (НВ160; s_в=700 МПа, d=40…50%).

2.3. Цементит (Ц) – химическое соединение Fe₃C – карбид железа. В нём содержится 6,67% углерода. Цементит обладает высокой твёрдостью НВ³800, очень низкой пластичностью, хрупкостью.

В зависимости от условий существования различают цементит первичный Ц₁, который образуется из жидкости при затвердевании расплава; вторичный Ц₂– образуется при распаде аустенита; третичный Ц₃– образуется при выделении углерода из феррита.

2.4. Перлит (П)- механическая смесь (эвтектоид) феррита (88%) и цементита (12%), содержащая 0,8% углерода; образуется при 727 °С в результате распада аустенита в процессе его охлаждения. Он обладает высокой прочностью по сравнению с аустенитом и ферритом (НВ160…200, s_в=800МПа; d=15%).

2.5. Ледебурит (Л) – механическая смесь (эвтектика) аустенита и цементита, образуется из жидкого расплава при t=1147°С при содержании углерода 4,3%. Очень твердый и хрупкий (НВ600…700). Так, как при температуре ниже 727 °С аустенит превращается в перлит, то ледебурит при таких температурах (<727°С) состоит из перлита и цементита.

Феррит, аустенит, цементит называются равновесными фазами железо – углеродистых сплавов. В то же время феррит, аустенит, цементит, перлит, ледебурит являются структурными составляющими.

Диаграмма состояния «Железо – карбид железа» построена в координатах температура – содержание углерода. Она представляет собой графическое изображение состояния сплавов.

Механические свойства сплава зависят от его состава и строения. Зная структуру сплава при комнатной температуре и свойства структурных составляющих, можно судить о свойствах сплава.

На рисунке 1 приложения В представлена диаграмма «Железо – карбид железа».

 

КРАТКИЙ АНАЛИЗ ДИАГРАММЫ

«ЖЕЛЕЗО – КАРБИД ЖЕЛЕЗА»