книги / Определение интервалов холодной и горячей обратки давлением

форма зерен сохраняется, прочность уменьшается на 10–15 %, а пластичность несколько увеличивается.

Возврат II рода происходит при температурах примерно (0,2…0,3) Тпл (иначе его называют полигонизация). В металле изменений в микроструктуре также не обнаруживается (рис. 7, а). Наклеп в большинстве случаев снижается на 20–30 %.

Первичная рекристаллизация – процесс замены дефор-

мированных зерен на мелкие равноосные зерна той же фазы.

В технически чистых металлах первичная рекристаллизация происходит при температурах порядка (0,3…0,4) Тпл. При этих температурах в деформированном металле зарождаются центры (зародыши) перекристаллизации, на базе которых растут новые равноосные мелкие зерна (рис. 7, б, в). Наклеп практически полностью снимается. Плотность дислокаций падает, свойства материала близки к исходным значениям (до деформации).

Собирательная рекристаллизация – это процесс роста одних рекристаллизованных зерен за счет других путем миграции границ зерен. Зерна более или менее равномерно укрупняются. Собирательная рекристаллизация протекает при температурах существенно выше температуры первичной рекристаллизации.

Зависимость температуры начала рекристаллизации Трекр от температуры плавления определяется формулой Бочвара:

где α – коэффициент, зависящий отсостава и структурыметаллов; Тпл – температура плавления, К.

Коэффициент α имеет следующие значения (из справочных данных):

–для технически чистых металлов α = 0,4;

–для сплавов α = 0,5…0,85.

Последующий рост температуры приводит к собирательной кристаллизации, при которой происходит рост зерен за счет поглощения других, более мелких, зерен (рис. 7, г, д). Величина зерна при этом зависит от температуры нагрева, степени

11

предшествующей деформации и от длительности выдержки при нагреве. С увеличением температуры рост зерен ускоряется. При небольшой предварительной деформации (до 15 %) образуются наиболее крупные зерна. При собирательной рекристаллизации характеристики прочности уменьшаются (см. рис. 6).

Виды пластической деформации

Взависимости от соотношения температуры деформации

итемпературы рекристаллизации различают холодную и горячую пластические деформации.

Холодная пластическая деформация (ХПД) проходит при температурах ниже температуры рекристаллизации. В металле происходит наклеп за счет ПД, что приводит к увеличению плотности дислокаций и повышению прочности материала:

ПД: в.

Горячая пластическая деформация (ГПД) проходит при температурах выше температуры рекристаллизации. Для осуществления горячей деформации надо и начинать, и заканчивать обработку выше температуры рекристаллизации. В процессе ковки или прокатки металл непрерывно остывает, и важно не

дать ему остыть ниже Трекр.

Для каждого металла и сплава определяют температурный интервал обработки давлением: температуру начала и окончания горячей деформации.

Температура начала деформации должна быть на 100–200 ºС ниже температуры плавления. При завышении этой температуры, т.е. при нарушении этого правила, возможен брак: перегрев – рост зерна в металле заготовки сверх допустимых значений или пережог – окисление границ зерен. Последний вид брака неисправим.

12

Температура окончания деформации должна на 50–100 ºC превышать температуру рекристаллизации, чтобы не допустить упрочнения. Температурные интервалы ГПД:

–для углеродистой стали 1200–900 ºС,

–для меди 1000–800 ºС,

–для бронзы 900–700 ºС.

Для того чтобы напряжения, возникающие из-за разности температур в центре и на поверхности материала, не привели к появлению трещин, крупные заготовки должны нагреваться медленно. Например, слиток весом 40 т греют 24 ч. Иногда нагрев ведут в защитных атмосферах, чтобы избежать образования окалины.

При ГПД происходят два процесса:

1)идет ПД, при этом прочность повышается;

2)идут процессы рекристаллизации, при этом прочность понижается.

Одновременно проходят процессы, разнонаправленно действующие на прочность. И в результате прочность не меняется:

Пример решения задачи

Задача

Можно ли создать значительное упрочнение свинца, если его подвергнуть деформации при комнатной температуре?

Решение

Для ответа на вопрос необходимо:

– определить, какая при этой температуре пройдет деформация: горячая или холодная. С этой целью необходимо определить температуру рекристаллизации по формуле (2):

Трекр = 0,4 · (327+273) = 240 К или tрекр = 240–273 = – 33 °С;

13

– сравнить температуру деформации с температурой рекристаллизации.

Получаем, что температура деформации выше температуры рекристаллизации, т.е. при комнатной температуре происходит ГПД. Согласно вышесказанному, прочность свинца не меняется.

Ответ

Если свинец подвергнуть деформации при комнатной температуре, то значительного упрочнения свинца не будет, так как идет ГПД.

ПОРЯДОКВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙРАБОТЫ

Практическое задание выполняется по вариантам, приведенным в таблице. Номер варианта соответствует порядковому номеру в журнале группы.

Работа выполняется в следующем порядке:

1.Рассмотреть процессы, происходящие в технически чистом металле при температуре деформации 20 °С и температуре деформации по заданию в соответствии с вариантом (таблица).

2.Описать изменения структуры и свойств металла при деформации для каждой температуры.

3.Решить индивидуальные задачи (выдаются преподавателем). Справочные данные приведены в таблице. Ответ сопроводить необходимыми рисунками, графиками и вычислениями и описанием структур.

14

Варианты индивидуальных заданий

КОНТРОЛЬНЫЕВОПРОСЫ

1.Дайте определения понятиям упругой и пластической деформации.

2.Что называется прочностью?

3.Как влияет плотность дислокаций на свойства металлов?

4.Объясните сущность наклепа. Каково практическое применение наклепа? Приведите примеры.

5.Что такое текстура деформации?

6.Что такое рекристаллизация?

15

7.Как определить температуру рекристаллизации?

8.Как изменяются при нагреве свойства холоднодеформированного металла?

9.Дайте определения понятиям холодной и горячей деформации.

10.Что такое рекристаллизационный отжиг? С какой целью его применяют?

11.В каких случаях прибегают на практике к проведению процессов рекристаллизации?

12.Почему и как изменяются механические свойства металлов (твердость, прочность и пластичность) при холодной пластической деформации?

13.Почему температура рекристаллизации у сплавов выше, чем у чистых металлов? Ответ обоснуйте. От чего зависит температура рекристаллизации?

16

СПИСОКРЕКОМЕНДУЕМОЙЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1.Бунин К. П. Металлография: учеб. пособие для вузов / К. П. Бунин, А. А. Баранов. – М.: Металлургия, 1970. – 256 с.

2.Лившиц Б. Г. Металлография: учебник для вузов / Б. Г. Лившиц. – М.: Металлургия, 1990. – 423 с.

3.Шанк Ф. А. Структуры двойных сплавов: пер. с англ. / Ф. А. Шанк. – М.: Металлургия, 1973. – 760 с.

Дополнительная литература

Учебные и научные издания

4.Белов Н. А. Диаграммы состояния тройных и четверных систем: учеб. пособие для вузов / Н. А. Белов. – М.: Изд-во МИСиС, 2007. – 360 с.

5.Богачев И. Н. Металлография чугуна / И. Н. Богачев. – Свердловск: Металлургиздат, 1962. – 368 с.

6.Захаров А. М. Диаграммы состояний двойных и тройных систем: учеб. пособие для вузов / А. М. Захаров. – М.: Металлургия, 1964. – 293 с.

7.Левинский Ю. В. Р-Т-х диаграммы состояния двойных металлических систем. Методы расчета и построения / Ю. В. Левинский, М. П. Лебедев. – М.: Научный мир, 2014. – 199 с.

8.Мальцев М. В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов (с прил. Атласа макро- и микроструктур) / М. В. Мальцев. – М.: Металлургия, 1970. – 364 с.

9.Металлография сплавов железа: справочник: пер. с нем. / Н. Лямбер [и др.]. – М.: Металлургия, 1985. – 248 с.

10.Бернштейн М.Л. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справочник: в 3 т. – Т. 2. Строение стали и чугуна. – М.: Интермет Инжиниринг, 2005. – 526 с.

17

11. Юм-Розери В. Введение в физическое металловедение: пер. с англ. / В. Юм-Розери. – М.: Металлургия, 1965. – 204 с.

Периодические издания

12. Металловедение и термическая обработка металлов: науч.-техн. и производственный журнал. – М.: Машиностроение, 1955– .

Нормативно-технические издания

13. Марочник сталей и сплавов / сост. А.С. Зубченко [и др.]; под ред. А. С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2011. – 218 с.

Методические указания для студентов по освоению дисциплины

14.Силина О. В. Структура и свойства железоуглеродистых сплавов в равновесном состоянии: учеб.-метод. пособие / О. В. Силина, Д. О. Панов, А. П. Каменских. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – 23 с.

15.Силина О.В. Определение микроструктуры Fe-C сплавов: метод. указания: в 2 ч. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2021.

18