ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
презентация к уроку

Слайд 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.

Слайд 2

1. Дефекты кристаллического строения металлов.

Слайд 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.

Слайд 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.

Слайд 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.

Слайд 6

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

Слайд 7

2. Дислокационная теория пластической деформации металлов.

Слайд 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.

Слайд 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.

Слайд 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; S сеч –площадь поперечного сечения.

Слайд 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.

Слайд 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.

Слайд 13

Изменение структуры поликристаллического металла при деформации 0% 1% 40% 80-90% деформация

Слайд 14

Деформация 1% Деформация зерен начинается идёт по нескольким системам скольжения. Зёрна деформируются неоднородно в силу их разной ориентации по отношению к приложенным нагрузкам.

Слайд 15

Деформация 40% Зёрна постепенно вытягиваются в направлении пластического течения. Внутри зёрен повышается плотность дефектов.

Слайд 16

Деформация 80 -90 % Образуется волокнистая структура, появляется кристаллографическая ориентация зёрен называемая текстурой деформации.

Слайд 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.

Слайд 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.

Слайд 19

3. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла

Слайд 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.

Слайд 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 .

Слайд 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.

Слайд 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.