О ПРАКТИЧЕСКОМ ЗНАЧЕНИИ ЯВЛЕНИЯ НАКЛЕПА И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Из предыдущего ясно, что пластическое деформирование металла, приводящее к наклепу, и последующий нагрев, вызывающий рекристаллизацию структуры, оказывают сильное влияние на механические и другие свойства металла. Естественно, что значение наклепа и рекристаллизации для практики огромно.

Говоря о практическом значении этих явлений, нужно учитывать два аспекта их влияния на свойства металлических изделий. Оно может быть как положительным, так и отрицательным.

Отрицательная роль наклепа проявляется главным образом в том, что он затрудняет механическую обработку при производстве заготовок и готовых изделий. В первую очередь это касается процессов обработки металлов давлением, широко применяемых в промышленности. Известно, что обработке давлением подвергаются около 90 % всей выплавляемой стали и свыше 50 % цветных металлов.

В разделе 3.3 уже говорилось о том, что при горячей обработке (обычно слитков) для облегчения деформирования металла необходимо нагревать его до высоких температур, что, естественно, усложняет и удорожает процесс.

При холодной обработке (например, холодной формовке в открытых штампах, глубокой вытяжке), упрочнение и снижение пластичности металла может быть столь велико, что для продолжения деформирования необходимо вводить в технологический процесс дополнительную операцию рекристаллизационного отжига.

При обработке металлов резанием также возникает наклеп, в результате твердость обрабатываемого поверхностного слоя может повышаться в 2 раза. Глубина наклепанного слоя в зависимости от физико-механических свойств материала и условий резания может изменяться от тысячных долей до нескольких миллиметров. Этот слой затрудняет процесс резания, затупляет инструмент, вследствие чего ухудшается качество обрабатываемой поверхности. Некоторые (обычно пластичные) металлы наклепываются так сильно, что практически не поддаются обработке резанием (и давлением). Таким свойством обладает, например, сталь с высоким содержанием (13 %) марганца, поэтому детали из нее изготавливаются литьем.

Рассмотренные выше примеры, относятся в основном хотя к к важным, но не завершающим, как правило, операциям технологического процесса производства изделий. Во всяком случае, стальные изделия (а их большинство в машиностроении) после механической обработки подвергаются термической, которая и формирует их окончательную структуру и свойства.

Во многих случаях, однако, операции пластического деформирования или рекристаллизационного отжига являются завершающими в технологическом процессе и оказывают поэтому решающее влияние на эксплуатационные свойства готовых изделий. Так, для технических металлов и многих сплавов, не упрочняемых термической обработкой, наклеп — единственный способ упрочнения в достаточно больших сечениях. Это используется, например, для повышения прочности медных и алюминиевых электропроводов (табл. 3.1, см. также рис. 3.2).

Склонность к интенсивному наклепу упомянутой выше высокомарганцевой стали позволяет успешно применять ее в качестве износостойкого материала для изготовления траков гусеничных машин, крестовин рельсов, черпаков землеройных машин и т. п.

В промышленности широко распространены малоотходные высокопроизводительные методы холодной штамповки. Так, в автомобилестроении штамповкой из листового материала получают около 60 % деталей, в точном машино- и приборостроении до 75 %, а в производстве товаров широкого потребления - до 98 %. При холодной штамповке металл наклепывается, приобретает достаточную для эксплуатации прочность (табл. 3.2).

Таблица 3.1

Влияние наклепа на механические свойства алюминия и меди

(технической чистоты)

Металл	Механические свойства
sв, МПа	нв, МПа	d, %
А1 Сu	140/90 1250/550	320/250 3/50	12/30 450/220

Примечание. В числителе - металл в наклепанном (нагартованном) состоянии; в знаменателе - после рекристаллизационного отжига.

Таблица 3.2

Влияние наклепа на механические свойства сплава Амц

(1 % Мn, 99 % А1)

Механические свойства	Состояние сплава
М	П	Н
sв, МПа
d, %

Примечание. М - мягкое (рекристаллизационный отжиг) состояние; П - полунагартованное; Н - нагартованное.

В ряде случаев изделия, изготавливаемые методами обработки металлов давлением, не испытывают при эксплуатации значительных механических нагрузок. Например, трубопроводы из медных сплавов, применяемые в морском судостроёнии. Тогда рекристаллизационный отжиг прессованных труб на заданную величину зерна обеспечивает однородную мелкозернистую структуру, обладающую хорошим сочетанием механических свойств и коррозионной стойкости.

Особо следует отметить целенаправленное использование наклепа для повышения эксплуатационных свойств изделий. Примером этого является поверхностное упрочнение стальных изделий методами поверхностного пластического деформирования (дробеструйная обработка, обкатка роликами). Такая финишная обработка создает слой глубиной 0, 2...0, 4 мм с повышенной твердостью и высоким уровнем полезных остаточных напряжений сжатия. В результате существенно возрастает предел выносливости (усталости)^[7] и долговечность работающих изделий. Так, после дробеструйной обработки предел выносливости стальных рессор повышается в 1, 5…2 раза. Такой обработке подвергают и другие изделия машиностроения - шестерни, зубчатые колеса, гильзы и поршни, лопатки компрессоров и т, п. Обкатка роликами применяется в основном для упрочнения шеек валов.

Приведенные выше примеры не исчерпывают, конечно, всего многообразия случаев учета и использования явлений наклепа и рекристаллизации. Однако и эти данные позволяют сделать вывод о том, что процессы пластической деформации и нагрева (отжига) металла, вызывающие наклеп и рекристаллизацию, являются эффективными методами воздействия на свойства металлов через изменение их структуры при неизменном химическом составе.

В двух последующих главах будет продемонстрирована возможность целенаправленного воздействия на структуру и свойства металлических материалов посредством изменения их химического состава в результате сплавления компонентов.

 

 

Лабораторная работа № 3

ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ ДВОЙНЫХ СПЛАВОВ

3.1. Цель работы: изучить основные разновидности диаграмм состояния двойных сплавов. Научиться определять по диаграмме состояния возможность проведения термической обработки сплавов, их упрочнения.

 

Теоретическое обоснование

Для практической работы с двойными сплавами необходимо знать их структуру, возможность ее изменения с изменением температуры и состава сплава и, таким образом, судить о свойствах сплавов и о возможностях изменения свойств в нужном направлении. Необходимость изменить структуру и свойства сплавов может возникнуть, если при получении детали методом литья произошла внутрикристаллическая ликвация, если нужно упрочнить сплав термической обработкой, и в некоторых других случаях. Для определения возможности проведения термической обработки и назначения ее температурного режима нужно знать закономерности изменения фазового состава в зависимости от температуры и химического состава сплава в данной системе. Графическая зависимость, содержащая эту информацию, и является диаграммой состояния. Диаграммы состояния позволяют получать разностороннюю информацию о сплавах. С их помощью можно судить о литейных свойствах сплавов и, соответственно, о возможности получения из них отливок, о склонности сплавов к внутрикристаллической ликвации и ликвации по удельному весу при кристаллизации, о пластичности различных сплавов и возможности их пластического деформирования при изготовлении изделий.

Чаще всего для построения диаграмм состояния металлических систем используют термический анализ, основанный на том, что плавление, кристаллизация и все структурные изменения сплавов в твердом состоянии происходят с тепловыми эффектами (с поглощением или выделением тепла). Следовательно, снимая кривые нагрева или охлаждения сплавов разного состава какой-либо системы, можно зафиксировать температуры, при которых происходят те или иные изменения в структуре. Если затем эту информацию представить графически в координатах «температура - состав сплава», то получится диаграмма состояния системы.

В зависимости от характера взаимодействия компонентов в сплаве, соответствия или различия в их атомно-кристаллическом строении возможно образование различных фаз: твердых растворов, механической смеси кристаллов отдельных компонентов, химических соединений и др. Это взаимодействие описывается различными видами диаграмм состояния с разными возможностями изменения структуры и проведения термической обработки сплавов.

Основные разновидности таких диаграмм рассматриваются в общем виде ниже.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II. ПОНИМАНИЕ РЕЧИ И СЛОВЕСНЫХ ЗНАЧЕНИИ
2. Биомеханика — наука, которая изучает механическое движение в животных организмах, его причины и проявления.
3. Влияние температуры рекристаллизации на структуру и свойства холоднодеформированных металлов
4. Вопрос 2. Влияние космических тел Солнечной системы на процессы и явления, происходящие на Земле.
5. Воспитание как педагогическое явления Цели и задачи воспитания
6. Глава 5. Л.Н. Толстой о революционном преображении России и о всемирном его значении.
7. Глобальные проблемы современности и специфика их регионального проявления.
8. ГРАЖДАНСТВО РФ: ПОДАЧА ЗАЯВЛЕНИЯ НА ГРАЖДАНСТВО,
9. Грамматическое значении и грамматическая категория
10. Диагностический алгоритм раннего выявления туберкулеза органов дыхания
11. Диссипативные структуры и явления самоорганизации
12. Заболевания со сходными рентгенологическими проявлениями