2.Лекция ф4

1. ЛЕКЦИЯ №2 «ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ»

Вопросы лекции:
1. Дефекты кристаллического строения
металлов.
2. Дислокационная теория пластической
деформации металлов.
3. Влияние нагрева на структуру и
свойства деформированного металла.

2.

1. Дефекты
кристаллического
строения металлов.

3.

Строение реальных кристаллов
Реальные металлы и сплавы состоят не из
одного монокристалла, а из большого числа
кристаллов,
различно
ориентированных в
пространстве.
Такое
тело
называется
поликристаллическим.
Кристаллы
поликристаллического
тела,
имеющие
неправильную
форму,
носят
название
кристаллитов (зерен).
Кристаллиты (зерна) имеют мозаичное или
блочное строение. Блок представляет собой
элементарную частичку кристаллита и имеет
правильное кристаллическое строение. Размеры
блоков колеблются от сотен долей микрона до
нескольких микрон. На границах блоков
образуется
область
с
неправильным
расположением атомов.

4.

Реальные кристаллы могут обладать и другими
структурными несовершенствами или дефектами,
т.е. отклонениями от правильного геометрического
строения.
Все несовершенства кристаллической решетки
искажают последнюю и оказывают большое
влияние
на
свойства.
Особенно
сильно
кристаллическая решетка искажается на границах
зерен.
Несовершенства
кристаллического
строения могут образовываться в процессе
кристаллизации, а также при последующей
обработке.
Все несовершенства (дефекты) строения
кристаллических тел могут быть разделены на три
группы: точечные, линейные и поверхностные.

5.

Точечные - дефекты, размер которых мал во всех
трех измерениях. Это могут быть вакансии, т.е.
свободные узлы в кристаллической решетке (дефект
Шоттки), промежуточные атомы, смещенные из
нормального положения в междоузлие (дефект
Френкеля), а также атомы примесей.
Линейные - дефекты, размер которых мал только в
двух
измерениях,
в
отличие
от
точечных,
распространяются на значительную длину. К ним
относятся цепочки вакансий и других точечных
дефектов, а также дислокации (краевые и винтовые).
Поверхностные - дефекты, размер которых мал
только в одном направлении, относятся границы
между блоками, границы между зернами, поверхности
раздела между отдельными твердыми фазами и т.д.

6. Дефекты кристаллического строения металлов

а)
б)
г)
в)
д)
а - вакансия; б - замещенный атом; в - внедренный
атом; г - краевая и д - винтовая дислокации

7.

2. Дислокационная
теория пластической
деформации металлов.

8.

Пластическая деформация металлов
Деформация – изменение размеров и
формы тела под действием внешних сил.
Сопротивление
металла
внешнему
воздействию определяется внутренними
силами, природа которых зависит от
кристаллического
строения
данного
металла. В зависимости от соотношения
внешних и внутренних сил изменение
размеров и формы может быть обратимыми
или необратимыми.

9.

Деформации подразделяются на упругие
и пластические.
Упругой
(обратимой)
деформацией
называется
деформация,
которая
полностью исчезает после прекращения
действия нагрузки.
Пластическая
(необратимая)
деформация возникает при определенных
напряжениях для каждого материала. Она
вызывает
остаточные
изменения
в
материале, которые увеличиваются с
возрастанием
нагрузки
вплоть
до
разрушения.

10.

Величина внутренних сил, приходящаяся на
единицу площади, называется напряжением.
Термин напряжение относится только к
внутренним силам. В простейшем случае
(например,
для
осевого
растяжения)
напряжение определяется соотношением:
где: F – сила растягивающая образец;
Sсеч –площадь поперечного сечения.

11.

Способность металлов пластически
деформироваться
называется
пластичностью.
При пластическом деформировании
металла одновременно с изменением
формы меняется ряд свойств.
Пластичность
обеспечивает
конструкционную прочность деталей под
нагрузкой
и
нейтрализует
влияние
концентраторов напряжений.

12. Механизм пластического деформирования кристалла

Пластическая
деформация
в
кристалле
осуществляется путём сдвига одной его части
относительно другой.
Разновидности сдвига:
скольжение
двойникование
При скольжении одна часть кристалла
смещается параллельно
другой части вдоль
плоскости скольжения.
Двойникование – перестройка части кристалла
в новое положение, зеркально симметричное к его
недеформированной части.

13. Изменение структуры поликристаллического металла при деформации

0%
1%
40%
деформация
80-90%

14. Деформация 1%

Деформация зерен начинается идёт по
нескольким системам скольжения. Зёрна
деформируются неоднородно в силу их
разной ориентации по отношению к
приложенным нагрузкам.

15. Деформация 40%

Зёрна постепенно вытягиваются в
направлении
пластического
течения.
Внутри зёрен повышается плотность
дефектов.

16. Деформация 80 -90 %

Образуется волокнистая структура,
появляется
кристаллографическая
ориентация зёрен называемая текстурой
деформации.

17.

Упрочнение металлов и сплавов,
полученное в процессе пластической
деформации, называется наклепом или
нагартовкой.
Характеристики прочности (твердость,
пределы упругости, текучести, прочности)
с увеличением степени пластической
деформации растут, а характеристики
пластичности и вязкости (относительное
удлинение,
относительное
сужение,
ударная вязкость ) – уменьшаются.

18. Диффузия в металлах

Диффузия
–
это
перенос
вещества,
обусловленный
беспорядочным
тепловым
движением частиц. Основными типами движения
при диффузии в металлах являются случайные
периодические
скачки
атомов
из
узла
кристаллической решётки в соседний узел или
вакансию.
Диффузионное движение любого атома – это
случайное
блуждание
из—за
большой
амплитуды колебаний. Не зависящие от
температуры
колебания
атомов
вокруг
положения равновесия происходят с частотой 10
в 13 степени раз в секунду.

19.

3. Влияние нагрева на
структуру и свойства
деформированного
металла

20.

Пластически деформируемый металл по
сравнению с недеформированным будет
находиться
в
неравновесном,
термодинамически
неустойчивом
состоянии. Поэтому даже при комнатных
температурах в наклёпанном материале
протекают
самопроизвольно
процессы,
приводящие деформированный материал в
более устойчивое состояние.

21.

При незначительном нагревании исчезают упругие
искажения кристаллической решетки, что вызывает
некоторое снижение прочности и повышение
пластичности наклёпанного материала. Структура при
этом не изменяется.
Частичное восстановление механических свойств
(на 20-30 %) при нагреве за счет снятия упругих
искажений без заметного изменения структуры
называется отдыхом или возвратом.
При более высоких температурах, определенных
для каждого материала, начинается процесс
образования новых зерен, взамен волокнистой
структуры.
При
этом
происходит
полное
разупрочнение
деформированного
материала.
Механические и физические свойства приобретают
прежние значения. Этот процесс называется
рекристаллизацией.

22.

Температура
рекристаллизации
зависит от природы металла, наличия и
количества легирующих элементов, степени
предшествующей
деформации.
При
большой
степени
деформации
минимальная
температура
рекристаллизации:
- для чистых металлов
Трек = (0,2 – 0,4) Тпл,
- для сплавов
Трек = (0,6- 0,8) Тпл
где: Тпл – абсолютная температура плавления.

23.

задание на самоподготовку:
• повторить материал: [1] с. 79…112;
[2] с. 189…191 и дополнить конспект;
• Самостоятельно изучить вопрос:
Порядок определения температуры
рекристаллизационного отжига
металлов.