Odksztalcenie plastyczne - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Odksztalcenie plastyczne - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (411.7 KB)
5 strona
653Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: odkształcenie plastyczne i rekrystalizacja metali.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 5
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
2

30 JW

2.6. Odkształcenie plastyczne i rekrystalizacja metali

2.6.1. Skutki odkształcenia plastycznegoOdkształcenie plastyczne metalu, które powstaje podczas deformacji na zimno, powoduje

znaczną zmianę jego własności fizycznych i mechanicznych. Zmiany te objawiają się przede wszystkim wzrostem twardości i wytrzymałości przy jednoczesnym spadku własności plastycznych (rys. 2.30), oraz obniżeniem przewodności elektrycznej i gęstości.

Wielkość odkształcenia plastycznego określa ilościowo tzw. stopień odkształcenia plastycznego q, który np. dla walcowania można wyrazić jako procentową zmianę przekroju materiału.

gdzie : So – przekrój początkowy S1 – przekrój końcowy Wzrost twardości i wytrzymałości związany z odkształceniem plastycznym ma duże znaczenie i w pewnych przypadkach jest wykorzystywany w celu umocnienia materiału. Często jednak zachodzi konieczność przywrócenia materiałom ich własności, jakie miały przed odkształceniem plastycznym np. w celu obniżenia twardości lub uzyskania odpowiednich własności fizycznych, takich jak np. dobra przewodność elektryczna (jest to bardzo istotne np. w procesie ciągnienia drutów miedzianych przeznaczonych na przewody elektryczne). Obniżenie twardości i zwiększenie plastyczności odkształconego metalu oraz przywrócenie innych własności "fizycznych można uzyskać przez wyżarzanie, które polega na wytrzymaniu odkształconego materiału przez pewien okres czasu w podwyższonej temperaturze, zwykle powyżej jednej trzeciej bezwzględnej temperatury topnienia a) b)

Rys. 2.30. Zmiana własności mechanicznych: a) – miedzi, b) – mosiądzu (35% Zn) w zależności od stopnia odkształceni, plastycznego

Odkształcenie plastyczne na zimno powoduje wzrost gęstości dyslokacji. Dla większości

metali gęstość ta wzrasta od wartości ok. l06-108 dyslokacji na cm2 typowej dla stanu wyżarzonego, do 1011 ÷ l012 dyslokacji na cm2, w przypadki dużego odkształcenia plastycznego.

Ponieważ odkształcenie plastyczne jest związane z ruchem dyslokacji, występowanie zjawiska utwardzenia oznacza, że w odkształconym metalu następuje wzrost oporu dla ruchu dyslokacji. Opór ten rośnie wraz ze wzrostem gęstości dyslokacji, które blokują się nawzajem. Część dyslokacji zostaje utwierdzona w kryształach i wywołuje wewnętrzne naprężenia, które przeciwdziałają przemieszczaniu się innych dyslokacji. W konsekwencji powoduje to obniżenie plastyczności i umocnienie materiału.

Wskutek odkształcenia plastycznego i związanych z nim poślizgów, zachodzących w poszczególnych ziarnach, w metalu pojawia się tzw.tekstura, czyli określona orientacja

%100 0

10 ⋅ −

= S

SS q

docsity.com

31 JW krystalograficzna ziaren związana z kierunkiem odkształcenia. Stopień steksturowania metalu wzrasta ze stopniem odkształcenia plastycznego.

Zmiany w strukturze metalu, jakie powstają w wyniku odkształcenia plastycznego można stwierdzić najwyraźniej za pomocą takich metod, jak np. mikroskopia optyczna, mikroskopia elektronowa i dyfrakcja promieni X.

Za pomocą badań metalograficznych można stwierdzić odkształcenie ziarn i pojawienie się pasm poślizgu (rys. 2.31). Natomiast transmisyjna mikroskopia elektronowa umożliwia obserwację zmian rozkładu i gęstości dyslokacji. Wzrost gęstości dyslokacji zwiększa energię wewnętrzną sieci krystalicznej, gdyż wzrasta stopień zaburzenia regularnego rozmieszczenia atomów. Stan odkształcenia plastycznego jest w związku z tym termodynamicznie nietrwały w stosunku do stanu wyżarzonego. W konsekwencji odkształcony plastycznie metal będzie wykazywał tendencję do powrotu do stanu o mniejszej energii swobodnej, tj, do stanu bardziej uporządkowanego. Powrót ten jednak na ogół nie może zachodzić w sposób samorzutny, lecz jedynie w temperaturach podwyższonych, w których mogą mieć miejsce procesy aktywowane cieplnie, takie jak dyfuzja, poślizg poprzeczny i wspinanie się dyslokacji. Dlatego, aby utwardzony przez odkształcenie plastyczne metal zmiękczyć i przywrócić mu inne własności, jakie przedtem wykazywał, konieczne jest jego podgrzanie do odpowiedniej temperatury

Rys. 2.31. Pasma poślizgu w austenitycznej stali chromowo-niklowej (18% Cr, 8% Ni) odkształconej plastycznie przez rozciąganie. Próbka nietrawiona. Powiększenie 800x

W czasie usuwania skutków odkształcenia plastycznego przez wyżarzanie można wyróżnić

trzy procesy, które kolejno zachodzą w odkształconym plastycznie metalu: • zdrowienie, • rekrystalizacja • rozrost ziarna

3.6.2. Zdrowienie W czasie wygrzewania odkształconego plastycznie metalu można zaobserwować, że W

pewnej temperaturze następuje usunięcie zniekształceń sieci krystalicznej. Objawia się to tym, że linie dyfrakcyjne na rentgenogramach (otrzymanych metodą proszkową) rozmyte wskutek deformacji sieci, stają się znowu wyraźne i ostre. Zjawisko to nosi nazwę zdrowienia.

Zanikowi zniekształceń sieci krystalicznej towarzyszy częściowe usunięcie skutków odkształcenia plastycznego. Następuje pewne podwyższenie przewodności elektrycznej oraz częściowy spadek umocnienia.

Minimalna temperatura, w której można stwierdzić te zjawiska, określana jest jako temperatura zdrowienia.

Proces zdrowienia związany jest ze zmianą rozmieszczenia i gęstości defektów siecikrystalicznej, głównie wakansów i dyslokacji. W odkształconym na zimno metalu istnieje gęsta sieć dyslokacji, która powstała w wyniku poślizgów i wzajemnego oddziaływania dyslokacji. W czasie zdrowienia następuje przemieszczanie i zmiana uporządkowania dyslokacji, co powoduje zmniejszenie energii zmagazynowanej w odkształcanej sieci. Proces ten jest aktywowany cieplnie.

docsity.com

32 JW 3.6.3. Rekrystalizacja

Jeśli odkształcony na zimno metal będzie poddawany dalszemu wygrzewaniu, to w pewnej określonej temperaturze, wyższej od temperatury zdrowienia, zaczną powstawać zarodki nowych nieodkształconych ziarn metalu. Nowe ziarna rozrastają się kosztem ziarn odkształconych i po pewnym czasie wszystkie stare ziarna zostają zastąpione przez nowe.

Zjawisko to nosi nazwę rekrystalizacji, zwane jest również rekrystalizacją pierwotną. Orientacja krystalograficzna nowych ziarn różni się znacznie od orientacji ziarn starych, kosztem których powstają ziarna nieodkształcone. Wynika stąd, że sieć krystaliczna nowych ziarn nie jest koherentna z siecią ziarn odkształconych (tzn. nie jest z nią związana i nie jest do niej dopasowana), a proces rekrystalizacji polega na przemieszczaniu się (migracji) wysokokątowych granic ziarn oddzielających nowe kryształy od odkształconych ziarn osnowy.

Temperatura rekrystalizacji. Najniższa temperatura, w jakiej zachodzi proces rekrystalizacji, nazywana jest temperaturą rekrystalizacji. Temperatura ta jest charakterystyczna dla danego metalu lub stopu i zależy głównie od dwóch czynników:

a) od uprzedniego stopnia odkształcenia plastycznego, tj. im wyższy był jego stopień, tym niższa będzie temperatura rekrystalizacji; b) od czystości metalu.

Porównując temperaturę rekrystalizacji z temperaturą topnienia dla różnych metali można stwierdzić, że zachodzi pomiędzy nimi prosta proporcjonalność. Dla metali technicznie czystych w przypadku dużych odkształceń plastycznych występuje zależność

Tr = 0,3 ÷ 0,4 Ttop gdzie: Tr — temperatura rekrystalizacji,

Ttop — bezwzględna temperatura topnienia. Temperatura rekrystalizacji dla stopów jest wyższa niż dla metali technicznie czystych i w

niektórych przypadkach dochodzi do 0,8 Ttop.. Natomiast dla metali o wysokiej czystości temperatura rekrystalizacji jest bardzo niska i wynosi 0,1 ÷ 0,2 Ttop . Wartości te są słuszne w przypadku dużych stopni odkształcenia plastycznego, natomiast dla małych odkształceń plastycznych mogą być znacznie wyższe. Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne zmiany własności mechanicznych odkształconego metalu. W wyniku wyżarzania rekrystalizującego twardość i wytrzymałość maleją, osiągając wartości właściwe dla materiału przed odkształceniem plastycznym. Jednocześnie rekrystalizacja przywraca w pełni własności plastyczne metalu. Na rysunku 2.32 przedstawiona jest zmiana wytrzymałości na rozciąganie (Rm, granicy plastyczności (R02) i wydłużenia A odkształconego plastycznie żelaza, w zależności od temperatury wyżarzania. W pewnym wąskim zakresie temperatur widoczny jest charakterystyczny spadek wytrzymałości i wzrost plastyczności. Temperaturę Tr odpowiadającą punktom przegięcia krzywych, przyjmuje się umownie jako temperaturę rekrystalizacji

a) b)

Rys. 2.32. Zmiana własności mechanicznych odkształconego plastycznie: a) żelaza;Tr - umowna temperatura rekrystalizacji, b) mosiądzu (35% Zn) w zależności od temperatury wyżarzania

Podobnie jak Rm, zmienia się również twardość odkształconego plastycznie metalu

wyżarzonego w różnych temperaturach.

docsity.com

33 JW Wielkość ziarna po rekrystalizacji. Wielkość ziarna powstałego po rekrystalizacji zależy przede wszystkim od następujących czynników: • uprzedniego stopnia odkształcenia plastycznego na zimno, • temperatury wyżarzania, • czasu wyżarzania.

Wraz ze wzrostem czasu wyżarzania w danej stałej temperaturze wzrasta wielkość ziarna. Dlatego aby określić wpływ odkształcenia plastycznego i temperatury wyżarzania na wielkość ziarna, przyjmuje się pewien stały czas wygrzewania. Stopień odkształcenia plastycznego, któremu metal został poddany przed wyżarzaniem-wpływa bardzo silnie na wielkość ziarna po rekrystalizacji (rys. 2.33).

Rys. 2.33. Wpływ stopnia odkształcenia plastycznego na wielkość ziarna po rekrystalizacji

Dla każdego metalu istnieje w zakresie stosunkowo małych odkształceń plastycznych pewien

charakterystyczny stopień tego odkształcenia, zwany krytycznym odkształceniem plastycznym - qkr, który powoduje w czasie rekrystalizacji w wysokiej temperaturze wyjątkowo silny rozrost ziarna. Krytyczne odkształcenie plastyczne dla większości metali waha się w granicach od ok. l do 10%.

W wielu przemysłowych procesach technologicznych polegających np. na walcowaniu na zimno i wyżarzaniu międzyoperacyjnym, występowanie krytycznego odkształcenia plastycznego jest zjawiskiem niepożądanym, gdyż daje materiał o strukturze gruboziarnistej o odpowiednich własnościach mechanicznych oraz skłonny do pęknięć.

Istotnym czynnikiem wpływającym na wielkość ziarna po rekrystalizacji jest również temperatura wyżarzania. Im wyższa jest ta temperatura, tym większe ziarno otrzymuje się w wyniku rekrystalizacji, przy stałym czasie wyżarzania. Zależność wielkości ziarna metalu po rekrystalizacji jednocześnie od temperatury wyżarzania i od stopnia odkształcenia plastycznego

Dla aluminium wykres taki pokazano na rys. 2.33. Na wykresie tym w zakresie wysokich

Rys. 2.33. Przestrzenny wykres rekrystalizacji dla aluminium przedstawiający wielkość ziarna w

funkcji odkształcenia plastycznego i temperatury wyżarzania

docsity.com

34 JW temperatur wyżarzania oprócz omówionego wyżej krytycznego odkształcenia plastycznego, występuje również drugi bardzo wyraźny obszar rozrostu ziaren w zakresie dużych odkształceń plastycznych. Obszar ten pojawia się w przypadku niektórych metali i jest związany z rozrostem ziarna (na skutek tzw. rekrystalizacji wtórnej) oraz z teksturą deformacji metalu tj. ukierunkowaniem struktury, które silnie się zaznacza przy dużych odkształceniach plastycznych.

3.6.4. Rozrost ziarna Wyżarzanie metalu w wysokich temperaturach (już po zakończeniu procesu rekrystalizacji)

powoduje, jak już wspomniano, rozrost ziarna Głównym czynnikiem rządzącym tym procesem jest napięcie powierzchniowe występujące na granicach ziarn, związane z wyższą energią swobodną atomów znajdujących się na powierzchni ziarn w porównaniu z energią atomów znajdujących się wewnątrz nich. W konsekwencji w materiale polikrystalicznym będzie występowała tendencja do zmniejszenia powierzchni ziarn, a więc do ich rozrostu, gdyż związane to jest z obniżeniem energii swobodnej materiału. Proces rozrostu ziarna odbywa się przez pochłanianie małych ziarn przez większe.

Czynnikiem hamującym rozrost ziarna są m.in. zanieczyszczenia metalu, wydzielenia innych faz oraz obecność obcych cząstek o dużej dyspersji celowo wprowadzonych do metalu w celu umocnienia i nadania mu określonych własności mechanicznych.

3.6.5.Techniczne znaczenie rekrystalizacji Wyżarzanie rekrystalizujące jest szeroko stosowane przy wytwarzaniu takich półwyrobów,

jak: blachy, rury, pręty, druty, kształtowniki itp., które są poddawane obróbce plastycznej na zimno. Ponieważ odkształcenie plastyczne umacnia metal, nie można w jednej operacji nadać wyrobom ostatecznego kształtu lub wymiarów. Metal umocniony na skutek odkształcenia plastycznego tak dalece traci własności plastyczne, że nie odkształca się dalej, lecz pęka. Dlatego konieczne jest międzyoperacyjne wyżarzanie rekrystalizujące, które zmiękcza i uplastycznia metal. Jeżeli odkształcenie plastyczne metalu przeprowadza się w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji, to proces taki nosi nazwę obróbki plastycznej na gorąco. W czasie takiej obróbki zachodzą jednocześnie dwa procesy: odkształcenie plastyczne i rekrystalizacja. W rezultacie nie następuje umocnienie metalu, który miał strukturę zrekrystalizowaną.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome