что такое критическая степень деформации

Понятие критической степени деформации

На свойства металлов большое влияние оказывает размер зерен, образовавшихся в процессе рекристаллизации.

В результате образования крупных зерен начинают понижаться прочностные характеристики металлов.

Основными факторами, определяющими величину зерна, в процессе рекристаллизации является температура, время выдержки при этой температуре, степень предварительной деформации.

Такую степень деформации называют критической.

Критическая степень деформации – такая степень деформации, при которой образуются наиболее крупные зерна, что обуславливает значительное снижение всех металлических свойств в этом металле.

Наилучшие физико-химические свойства получаются у металлов, когда обработку давлением проводят при степенях деформации, намного превышающих Е_кр

В этом случае образуются мелкие зерна в материале, которые обеспечивают высокие механические свойства.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Критическая степень деформации т) Крит. Это наименьшая степень деформации, после которой при нагреве идет полная первичная рекристаллизация; при меньшей деформации имеет место только неполная рекристаллизация. Вследствие малого числа центров появляются весьма крупные ре-кристаллизованные зерна; желательно для магнитномягких материалов ( т ] крит10 % для мягкого железа); во всех случаях для конструкционных сталей нежелательна. [2]

Критическая степень деформации т ] крит. Это наименьшая степень деформации, после которой при нагреве идет полная первичная рекристаллизация; при меньшей деформации имеет место только неполная рекристаллизация. Вследствие малого числа центров появляются весьма крупные ре-кристаллизованные зерна; желательно для магнитномягких материалов ( т) Крит10 % для мягкого железа); во всех случаях для конструкционных сталей нежелательна. [4]

Критическая степень деформации т ] крит. Это наименьшая степень деформации, после которой при нагреве идет полная первичная рекристаллизация; при меньшей деформации имеет место только неполная рекристаллизация. Вследствие малого числа центров появляются весьма крупные ре-кристаллизованные зерна; желательно для магнитномягких материалов ( т ] крит10 % для мягкого железа); во всех случаях для конструкционных сталей нежелательна. [6]

Критической степенью деформации называется та величина деформации, при которой при данной температуре обработки получается максимальный рост зерна. [9]

Критической степенью деформации называется та величина деформации, при которой при данной температуре обработки получается иакси-мадьный рост зерна. [10]

Пики критических степеней деформации на диаграмме сплава МА2 более пологие. С повышением температуры пороги рекристаллизации смещаются в сторону меньших деформаций. [11]

При критической степени деформации плотность дислокации на границах зерен достигает таких значений, при которых возможно взаимное уничтожение дислокаций. Это способствует постепенному уменьшению дислокаций на границах зерен и слиянию нескольких зерен в одно крупное зерно. При степени деформации больше критической новые зерна образуются путем зарождения центров кристаллизации с последующим их ростом. [12]

При критической степени деформации плотность дислокаций на границах зерен достигает таких значений, при которых возможно взаимное уничтожение дислокаций. [15]

Источник

Понятие критической степени деформации.

На свойства металлов большое влияние оказывает размер зерен, образовавшихся в процессе рекристаллизации.

В результате образования крупных зерен начинают понижаться прочностные характеристики металлов.

Основными факторами, определяющими величину зерна, в процессе рекристаллизации является температура, время выдержки при этой температуре, степень предварительной деформации.

Такую степень деформации называют критической.

Критическая степень деформации – такая степень деформации, при которой образуются наиболее крупные зерна, что обуславливает значительное снижение всех металлических свойств в этом металле.

Наилучшие физико-химические свойства получаются у металлов, когда обработку давлением проводят при степенях деформации, намного превышающих Е_кр

В этом случае образуются мелкие зерна в материале, которые обеспечивают высокие механические свойства.

Основные типы диаграмм состояния

Кристаллизация металлов и сплавов.

Металлы и металлические сплавы получают чаще всего путем кристаллизации из жидкого состояния. Методом термического анализа можно построить кривые нагрева или охлаждения металла.

В огнеупорный тигель, содержащий расплавленный металл, погружают термопару, концы которой подсоединяют к гальванометру.

Температуру фиксируют через равные промежутки времени.

Схема термического анализа.

Полученные кривые неодинаковы для аморфного и кристаллического тел. Затвердевание аморфного тела происходит постепенно без явных границ между твердыми и жидкими состояниями.

При превращении тела из жидкого в твердого состояния при t_s (t кристалл.) появляется горизонтальная площадка, которая объясняется выделяющейся скрытой теплотой кристаллизации, которая компенсирует отвод тепла.

При очень медленном охлаждении в системе идет равновесный процесс кристаллизации и при t_s соответствует равновесной (t_р)

При быстром охлаждении температура кристаллизации сдвигается до температуры переохлаждения t_п. Разность температур t_s – t_n – степень переохлаждения.

Сначала процесс кристаллизации протекает быстро, но при взаимном столкновении рост кристаллизации замедляется.

Пока кристаллы окружены жидкостью, они имеют правильную форму. Однако, при столкновении и нарастании их правильная форма нарушается.

При затвердевании границы принимают округлую форму и такие кристаллы называют зернами или кристоллитами.

Процесс кристаллизации металла из жидкости состоит из двух протекающих стадий: образование зародышей (центров крист.) и роста кристаллов.

Центрами крист. являются либо затвердевшие мельчайшие частицы металла, либо частицы примеси.

При небольших степенях переохлаждения, когда скорость роста зародыша велика, а скорость образования зародышей мала, формируются крупнозернистые структуры.

При увел. переохл. скорость образования зародышей увеличивается более интенсивно, чем скорость их роста и образуются более мелкие кристаллы в металле.

При быстром росте кристаллов по 3 направлениям образуются кристаллы древообразной формы, которая называются дендритами. Такая структура характерна для металлических слитков.

Основные понятия в теории сплавов.

Сплавами называются сложные вещества, полученные сплавлением 2-х и более простых веществ.

Метод получения плавления чистых веществ: диффузия, методы порошковой металлургии и т.д.

Преимущества: обладают более высокими механическими свойствами и эксплуатационными характеристиками по сравнению с чистыми металлами.

К основным понятиям в теории сплавов относятся компонент, система, фаза.

Компоненты – вещества (элементы), которые применяют для изучения сплавов. Компонент, преобладающий в сплаве количественно, называется основным.

Совокупность компонентов сплава называется системой.

Фазой называется однородная часть сплава, отделенная от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав и структура материала изменяется скачком.

Взаимодействие компонентов при образовании сплавов.

В процессе кристаллизации металлов из жидкого состояния могут образоваться следующие сплавы:

1. механические смеси образуются, когда из жидкого расплава выпадают кристаллы составляющих его компонентов.

Компоненты не склонны к взаимному растворению и не взаимодействуют друг с другом, кроме того они имеют различные кристаллические решетки.

2. твердые растворы.

В ТР сохраняется решетка одного из компонентов, а второй компонент, утратив свой кристаллическое строение распределяется в первом в виде отдельных атомов.

1-ый компонент – растворитель

2-ой компонент – растворимый

По типу расположения атомов растворяемого элемента твердые растворы делятся на 2 группы: замещения и внедрения.

В твердых растворах замещения атомы компонента В замещают атомы компонента А (основной металл) в узлах кристаллической решетки.

В данном случае мы имеем твердый раствор с ограниченной растворимостью.

Если металлы имеют сходные свойства и одинаковый тип кристаллической решетки с близкими параметрами, то они могут неограниченно растворяться друг в друге, т.е. атомы сорта А могут на 100% заменить атомы сорта В, и наоборот.

В таких случаях говорят, что компоненты неограниченно растворимы друг в друге.

В твердом растворе внедрения атомы растворенного вещества В располагаются в промежутках кристаллической решетки между атомами растворителя А.

Чаще всего это имеет место, когда в металле растворяются неметаллические элементы с малым размером радиуса (H, C, N, B и т.д.)

Основные типы диаграмм состояния двухкомпонентных сплавов состояния.

Диаграмма состояния – графическое изображение равновесного превращения, протекающего в сплаве в координатах температура – концентрация.

Диаграммы состояния строят экспериментальным путем при помощи термического анализа.

Отбирают несколько сплавов с различным содержанием компонентов и строят кривые их охлаждения. По остановкам и перегибах на кривых, которые соответствуют критическим точкам определяют температуру начала и конца кристаллизации.

Чистые вещества имеют 1 критическую точку, а сплавы 2, так как температура начала кристаллизации у них разная, а конца одинаковая.

Критические точки переносятся на диаграмму в координатах температура – состав.

После кристаллизации компоненты сплава образуют механическую смесь в виде кристаллизации отдельных компонентов, то ДС имеет следующий вид.

Линия АСВ, которая отвечает началу кристаллизации из жидкого расплава, называется линией ликвидус.

Линия DCE отвечает концу кристаллизации и называется линией солидус.

Ниже ее сплав находится в твердом состоянии.

В промежутках сплавы находятся как в жидком так и в твердом виде.

Сплав, соответствующий точке С, называется эфтектическим.

Превращение жидкости с образованием мех. …

Эфтектика имеет самую низкую температуру плавления.

После кристаллизации сплавы могут образовать твердые растворы.

При неограниченной растворимости компонентов друг в друге в твердом состоянии, диаграмма имеет следующий вид (2).

Линия АСВ – ликвидус, ADB – солидус.

Ниже ее твердый раствор.

Между ними кристаллы ТР и жидкости.

При ограниченной растворимости компонентов в твердом состоянии, диаграмма может иметь следующий вид (3).

АСВ – ликвидус, ADC – солидус.

α – ТР замещения компонента А в компоненте В

β – ТР компонента В в компоненте А.

На DCE в т. С образуется эфтектика из крист. в ТВ.

При образовании в твердое состояние химического соединения, которое имеет решетку, отличную от решеток компонентов, диаграмма состояния имеет вид (4).

Т. D соответствует химическому соединению.

Линия DE имеет диаграмму на 2 простые эфтектика.

В твердом состоянии компоненты А и В не растворимы друг в друге и с хим. соед.

САМОСТОЯТЕЛЬНОобозначить на диаграмме линии ликвидус, солидус, а также области диаграммы состояния.

Источник

Критическая деформация при повышении температуры деформирования

С повышением температуры деформирования критическая деформация, выявляемая при последующем отжиге, возрастает.

При более высоких температурах деформирования требуется большее обжатие, чтобы достичь необходимой неоднородности наклепа соседних зерен, так как уже во время самого деформирования происходит возврат, частично устраняющий наклеп.

Зависимость критической степени деформации

Зависимость критической степени деформации алюминия от температуры деформирования. Отжиг при 450 °C, 30 мин (В. З. Захаров, И. И. Новикиов, И. Л. Рогельберг, Яо Миньчжи).

Влияние степени деформации

Влияние степени деформации на размер рекристаллизованного зерна алюминия с добавками марганца. Отжиг при 500 °С, 30 мин (В. З. Захаров, И. И. Новикиов, И. Л. Рогельберг, Яо Миньчжи):

1 — Al чистотой 99,7%;
2 — Al + 0,3% Mn;
3 — Al + 0,6% Mn.

Влияние разных элементов

Влияние разных элементов на критическую степень деформации алюминия. Отжиг 500 °С, 30 мин (В. 3. Захаров, И. И. Новиков, И. Л. Рогельберг, Яо Миньчжи).

С повышением чистоты металла критическая деформация уменьшается. Легирующие элементы и примеси по-разному влияют на величину критической степени деформации.

Одни элементы (например, Mn и Fe в алюминии) уже в небольших количествах резко увеличивают критическую степень деформации, а другие (например, Zn и Cu в алюминии) даже в больших количествах оказывают слабое действие.

Сильное влияние небольших количеств марганца и железа обусловлено тем, что он и в отличие от цинка и меди очень мало растворимы в твердом алюминии и образуют дисперсные частицы фаз, тормозящие миграцию границ исходных деформированных зерен.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Источник

Пермь 2000

Углубление и усвоение лекционного материала по общим положениям обработки металлов давлением.

Приобретение навыков исследования.

Экспериментальное изучение влияния пластической деформации и рекристализации на строение и свойства металлов.

Оборудование и материалы для данной работы:

Твердомер шариковый с микроскопом МПБ-2 и таблицами.

Печь муфельная электрическая с рабочей температурой до 900С.

Пресс гидравлический (для деформации образцов алюминия сжатием).

Винтовое устройство для растяжения образцов (пластин).

Образцы Al: пластины 120100,5 мм – 6 мм., цилиндры d=10 см, h=15 мм – 6 шт.

Стальные кольца (ограничители хода ползуна пресса) высотой 15; 14,25; 13,5; 12; 10,5; 7,5 мм.

Трафареты с размером окна 1 см 2 – 6 шт.

Микрошлифы Ст0 до деформации и после деформации в холодном состоянии.

Раствор для макротравления Al, позволяющий выявить зёрна на поверхности образцов.

Пресс усилием до 10 т. (для деформации образцов Cu,Ni).

Образцы Cu, Ni диаметром 10 мм, высотой 15 мм – по 7 шт.

Сведения из теории.

Некоторые термины теории ОМД.

Деформация – это изменение размеров и формы тела в результате действия внешних сил, происходящее без изменения объёма тела.

Степень деформации Е – количественное выражение величины деформации, т. е. Относительное изменение размера тела:

,

где — размер тела до деформации;

— изменение размера в результате деформации.

Упругая деформация – деформация, исчезающая при снятии внешней нагрузки.

Пластическая деформация – деформация, остающаяся после снятия нагрузки.

Общая деформация под нагрузкой складывается из упругой и пластической. После снятия нагрузки остаётся только пластическая деформация.

Пластичность металла – способность металла к пластической деформации; количественно выражается величинами относительного удлинения () при разрыве образца и относительным сужением образца в месте разрыва ().

Наклёп (нагартовка) – явление возрастания прочности и твёрдости, снижения пластичности и вязкости металла в результате изменения его структуры при холодной пластической деформации. Состояние металла, получающееся в результате развития наклёпа, называют наклёпанным или нагартованным.

Рекристаллизация – это процесс образования и роста новых более равноосных и равновесных зёрен (кристаллитов) за счёт деформированных зёрен. Рекристаллизация проявляется в изменении структуры, в снижении твёрдости и прочности и в повышении вязкости и пластичности.

Температурный порог рекристаллизации (Тр) – минимальная температура, при которой у данного металла наблюдается процесс рекристаллизации.

Рекристаллизационный отжиг – вид термообработки, заключающийся в нагреве деформированного металла выше температурного порога рекристаллизации на 100-150С и выдержки при этой температуре.

Возврат (отдых) – явление уменьшения искажённости кристаллической решётки зёрен наклёпанного металла, происходящее при его нагреве не выше его Тр. При возврате (отдыхе) структура металла не изменяется, поэтому его механические свойства практически остаются без изменений.

Холодная обработка давлением – пластическое деформирование металла при температурах ниже Тр, приводящее к наклёпу.

Горячая обработка давлением – пластическое деформирование металла при температурах выше его Тр.

Критическая степень деформации – это степень пластической деформации, после которой при рекристаллизации в металле образуется более крупное зерно, что обуславливает значительное снижение всех механических свойств металла (т. е. ведёт к браку).

Физические основы процессов ОМД.

При упругой деформации под действием внешних сил происходит обратимое искажение кристаллической решётки в зёрнах металла, при котором частицы, находящиеся в узлах кристаллической решётки, смещаются из положения равновесия на расстояния, не превышающие половину параметра решётки. При снятии внешней нагрузки смещённые частицы возвращаются в положение равновесия.

Рис.1 Схема сдвига в кристале.

Основным механизмом пластической деформации металлов является внутризёренное сдвиговое перемещение одних частей зерна относительно других. Сдвиг происходит по дислокационному механизму, т.е. частицы смещаются не одновременно по всей плоскости скольжения, а путём последовательного перемещения по ней краевых дислокаций (рис.1). После прохождения одной краевой дислокации части зерна смещаются относительно друг друга на один параметр решётки.

Сдвиг (скольжение) происходит по плоскостям наиболее плотной упаковки атомов, так как вдоль этих плоскостей сопротивление сдвигу со стороны кристаллической решётки минимально. При достаточно больших деформациях скольжение распространяется на большее число плоскостей, приводя к множественному скольжению и, и следовательно, к заметному изменению формы зерна.

Следы скольжения в виде прямых линий (линий скольжения) в пределах отдельных зёрен видны под микроскопом на предварительно полированных и затем пластически деформированных и травленых образцах. С увеличением степени деформации число линий скольжения в зерне и число зёрен, в которых эти линии появляются, непрерывно возрастают.

Направления линий скольжения в отдельных зёрнах могут различаться, так как направления усилий, передаваемых от окружающих зёрен, точно не совпадают.

При больших деформациях образца сдвиг может проходить и по границам зёрен.

С увеличением степени деформации изменяется форма зёрен. Они вытягиваются в направлении деформации (в сторону действия нагрузки при растяжении и перпендикулярно нагрузке при сжатии).

Пластическая холодная деформация может развиваться только под действием возрастающей внешней нагрузки (из-за нарастания наклёпа).

Источник