По изменению твердости при нагреве

 

Определение температуры рекристаллизации необходимо для назначения режимов рекристаллизационного отжига – термической обработки для снятия наклепа. Температура такого отжига должна быть выше температуры рекристаллизации для данного сплава.

Величина зерен после рекристаллизации (рекристаллизационного отжига) напрямую зависит от степени деформации металла при наклёпе (см. рис. 9).

Существует небольшая степень деформации (до 10 %), называемая критической, при которой размер образующегося при рекристаллизации зерна в несколько десятков раз превышает исходное, недеформированное зерно. Это явление очень часто встречается в деталях машин, в которых одновременно присутствует набор деформаций от 0 до больших степеней, и его следует учитывать, так как на участках с крупнозернистой структурой сильно снижается ударная вязкость. Хотя в некоторых других случаях, например, повышение жаропрочности, получение требуемых электромагнитных свойств, увеличение размера зерна является положительным.

Формирование аномально крупных рекристаллизованных зёрен в области критической деформации обусловлено наличием малого числа центров рекристаллизации (центров новых зерен). Новые зёрна зарождаются в первую очередь там, где при наклёпе возникла наибольшая плотность дислокаций. Так как движущиеся дислокации задерживаются и скапливаются на границах зёрен, то именно здесь начнут образовываться и расти новые зерна в процессе рекристаллизации.

Величина зерна

eкрит.

Деформация

 

Рис. 9. Влияние степени деформации на величину

рекристаллизованнoго зерна

 

С увеличением степени деформации размер новых, образовавшихся зёрен уменьшается. Это связано с увеличением плотности дислокаций в деформированном металле и, соответственно, с увеличением числа центров рекристаллизации (центров новых зерен).

В зависимости от температуры, при которой выполняется обработка давлением, пластическую деформацию разделяют на холодную и горячую.

Холодная деформация – деформация металла, которая осуществляется при температуре ниже температуры рекристаллизации. При холодной деформации увеличивается плотность дислокаций, зерна вытягиваются в направлении деформации, увеличивается прочность металла и снижается пластичность.

Горячая деформация – деформация металла, которая осуществляется при температуре выше температуры рекристаллизации. При горячей деформации металла (прокатке, ковке, штамповке, прессовании) упрочнение (наклёп), создаваемое в процессе деформации, снимается в результате рекристаллизации в ходе самой деформации.

 

Задания для выполнения работы

(для подгруппы 2–4 человека)

 

1. Для образцов меди, деформированных на 30–40 %, определить температуру рекристаллизации меди по изменению твердости после нагрева на различную температуру (по графической зависимости «твердость – температура»). За центр температурного интервала принять температуру рекристаллизации меди, определенную по формуле А.А. Бочвара. Температурный шаг от центра интервала в сторону уменьшения и увеличения температуры принять 50 ºС.

Сравнить температуру рекристаллизации меди, определенную по формуле А.А. Бочвара, и найденную экспериментально, если они отличаются объяснить причину. Температура плавления меди 1083 ºС.

2. Провести холодную деформацию образцов технически чистой меди на различную степень деформации и определить изменение твердости деформированных образцов в зависимости от степени деформации.

 

Степень деформации рассчитывается по формуле:

h 3

h 2

h 1

e = (h 0 – h К)·100/ h 0, %,

где h ₀ – толщина образца до деформации,

h _К – толщина образца после деформации.

Результаты измерений внести в таблицу и построить графическую зависимость твердости от степени деформации.

3. Провести горячую деформацию образцов технически чистой меди на различную степень деформации и определить изменение твердости горячедеформированных образцов в зависимости от степени деформации. Результаты измерений внести в табл. 1 и построить графическую зависимость твердости от степени горячей деформации.

4. Холоднодеформированные образцы меди подвергнуть рекристаллизационному отжигу в течение 10 минут и определить изменение твердости отожженных образцов в зависимости от степени деформации. Результаты измерений внести в табл. 1 и построить графическую зависимость.

 

Содержание отчета

1. Наименование и цель работы.

2. Оборудование и материалы, используемые в работе.

3. Основные положения по деформации, наклепу и рекристаллизации металлов (кратко).

4. Описание экспериментальной части работы и полученные результаты с необходимым графическим материалом, анализом, выводами.

5. Обоснованное решение указанной преподавателем задачи.

 

Задачи

1) Объясните старинный цирковой номер: почему согнутую силачом подкову предлагалось разогнуть зрителям, а не наоборот?

2) Детали из низкоуглеродистой стали, полученные штамповкой в холодном состоянии, имели после штамповки неодинаковую твердость в различных участках: она колебалась от 120 НВ до 200 НВ. Твердость стали, до обработки, составляла 100 НВ. Объяснить, почему сталь получила разную твердость.

3) Объяснить, можно ли отличить по микроструктуре металл, деформированный в холодном состоянии, от металла, деформированного в горячем состоянии, и указать, в чем заключается различие микроструктуры.

4) Три образца низкоуглеродистой стали подвергались холодной деформации: первый на 5 %, второй на 15 %, третий на 30 %, а затем нагревались до 700 ºС. Указать, в каком образце сформируется более крупное зерно. Как повлияет размер зерна на свойства стали?

5) Объяснить, почему при горячей обработке давлением не рекомендуется проводить последнюю операцию с малой степенью обжатия и как может такая деформация влиять на величину зерна и свойства металла.

6) Объяснить, можно ли создать значительное упрочнение свинца, если его подвергнуть деформации при комнатной температуре.

(t _пл Рb = 327,4 ºС.)

7) Указать, как повлияет на значение твердости, определенной, например, шариком по Бринеллю, повторное измерение на участке, в непосредственной близости от него.

8) Волочение проволоки проводят в несколько переходов. Если волочение выполняют без промежуточных операций отжига, то проволока на последних переходах дает разрывы. Объяснить причины разрывов и указать меры для предупреждения этого.

9) Пруток латуни после изгиба в холодном состоянии подвергают рекристаллизации для снятия наклепа. Указать, какие по размеру зерна сформируются по всему сечению прутка после рекристаллизации.

10) Объяснить, к какому виду деформации – холодной или горячей – надо отнести: а) прокатку олова при комнатной температуре (t _пл Sn = 232 ºС);

б) деформацию стали при 400 ºС (t _пл стали = 1500 ºС).

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5