docodkształcenie plastyczne, zgniot i rekrystalizacja
download 
Reklamacja Transkrypt
odkształcenie plastyczne, zgniot i rekrystalizacja
ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE, ZGNIOT I REKRYSTALIZACJA Zakres tematyczny 1 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Odkształcenie materiałów metalicznych Materiały metaliczne są ciałami plastycznymi – pod wpływem obciążenia, którego wartość przekracza granicę sprężystości, zmieniają swoje wymiary i kształt bez utraty spójności (bez zniszczenia) [1]. Zjawisko to umożliwia kształtowanie metali na drodze przeróbki plastycznej. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 2 1 Odkształcenie materiałów metalicznych Makroskopowe odkształcenie plastyczne obserwowane jest po przekroczeniu granicy plastyczności – jednej z podstawowych charakterystyk materiału, określającą geometrię i wytrzymałość elementów maszyn i konstrukcji [2]. Re – wyraźna granica plastyczności R0,2 – umowna granica plastyczności 3 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Mechanizmy odkształcenia plastycznego Mechanizmy odkształcenia plastycznego [3]: • poślizg dyslokacyjny, • bliźniakowanie,, • pełzanie dyslokacyjne, • pełzanie dyfuzyjne, • poślizg wzdłuż granic ziarn. Ze względu na temperaturę procesu wyróżnia się: • odkształcenie plastyczne na zimno, Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 4 2 Mapy mechanizmów odkształcenia plastycznego Odkształcenie plastyczne na zimno Poślizg – wzajemne przemieszczanie się jednej części kryształu względem drugiej (sieć krystaliczna przemieszczonych części k kryształu t ł nie i ulega l zmianie). i i ) System poślizgu – kombinacja płaszczyzny i kierunku poślizgu (charakterystyczna dla każdego typu sieci). Systemy poślizgu w metalach o sieci A1, A2 i A3 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 5 Odkształcenie plastyczne na zimno Linie poślizgu – powstają w wyniku przemieszczenia warstw atomów oddalonych od siebie o 10÷1000 średnic atomowych. Pasma poślizgu – oddalone o ok. 100 średnic atomowych linie poślizgu. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 6 3 Odkształcenie plastyczne na zimno Współczynnik Schmida Fn cos cos An Równanie SCHMIDA-BOASA Fn – siła rozciągająca – składowa styczna naprężenia An – przekrój poprzeczny 7 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Odkształcenie plastyczne na zimno Krzywe umocnienia monokryształu o sieci A1, A2 i A3 Bliźniakowanie – jednorodne ścinanie (o wektor bliźniakowania) kolejnych warstw atomów. Ze względu na sposób powstawania rozróżnia się: • bliźniaki mechaniczne – powstałe w wyniku dyslokacyjnego mechanizmu odkształcenia plastycznego (podobnie jak poślizg) – granice bliźniacze koherentne; • bliźniaki wyżarzania – utworzone w podwyższonej temperaturze (powyżej temperatury rekrystalizacji) – granice półkoherentne (bliźniaki w kształcie soczewek). Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 8 4 Odkształcenie plastyczne na zimno POLIKRYSZTAŁÓW Granica plastyczności – naprężenie niezbędne do zapoczątkowania makrosko-powego odkształcenia pla-stycznego we wszystkich ziarnach polikryształu Wpływ rozmiaru ziarn na granicę plastyczności (umacniająca rola granic ziarn) Red = 0 + k ·d -1/2 Równanie HALLA-PETCH’A Red – dolna granica plastyczności; 0 – naprężenie tarcia sieci; k – stała, d - średnia średnica ziarn. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 9 Odkształcenie plastyczne na gorąco Pełzanie dyslokacyjne – zachodzi w temperaturze homologicznej TH > 0,3 i związane jest głównie ze wspinaniem dyslokacji Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 10 5 Odkształcenie plastyczne na gorąco Pełzanie dyfuzyjne – zachodzi w TH > 0,6 w warunkach niehydrostatycznego stanu naprężeń Pełzanie Nabarro-Herringa Pełzanie Coble’a Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 11 Odkształcenie plastyczne na gorąco Poślizg wzdłuż granic ziarn – zachodzi w TH > 0,4 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 12 6 ZGNIOT I REKRYSTALIZACJA 13 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Wielkość odkształcenia plastycznego Gniot – procentowy stosunek zmniejszenia pola przekroju poprzecznego A do pola przekroju początkowego A0 : A0 A A Z 100 % 100 % A0 A0 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 14 7 Zgniot Zgniot – całokształt zmian: • mikrostruktury, • stanu naprężeń, • właściwości zachodzących w materiale pod wpływem odkształcenia plastycznego na zimno. 15 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Zgniot – ZMIANY MIKROSTRUKTURY PRZED ODKSZTAŁCENIEM ODKSZTAŁCENIE WEWNĄTRZKRYSTALICZNE ODKSZTAŁCENIE MIĘDZYKRYSTALICZNE STRUKTURA WŁÓKNISTA TEKSTURA ODKSZTAŁCENIA Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 16 8 Zgniot – ZMIANY MIKROSTRUKTURY OBROTY SIECI WZGLĘDEM DZIAŁANIA SIŁY ZEWNĘTRZNEJ Kp – kierunek poślizgu n – normalna do płaszczyzny poślizgu 17 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Zgniot – ZMIANY STANU NAPRĘŻEŃ Podział naprężeń własnych w stanie zgniotu: • podmikroskopowe (I-ego rodzaju) – w obrębie poszczególnych ziarn - efekt odkształcenia wewnątrzkrystalicznego (tj. odkształcenia sieci w pobliżu granic ziarn); • mikroskopowe (II-ego rodzaju) – między sąsiednimi ziarnami efekt odkształcenia międzykrystalicznego (tj. niejednorodnym odkształceniem, wydłużeniem, fragmentacją i obrotami); • makroskopowe k k (III (III-ego rodzaju) d j ) – pomiędzy i d warstwami t i materiału t i ł odkształconego - efekt nierównomiernego odkształcenia na przekroju. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 18 9 Zgniot – ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI Zmiany właściwości w stanie zgniotu związane są ze zjawiskiem umocnienia przejawiającego się: • zwiększeniem: granicy plastyczności, wytrzymałości, twardości, • zmniejszeniem: wydłużenia, dł ż i przewężenia, udarności. 19 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Zgniot – UMOCNIENIE 105 108 cm-2 Wzrost gęstości dyslokacji Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 109 1012 cm-2 20 10 Zgniot – ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH Zmiany właściwości fizycznych i chemicznych w stanie zgniotu: • zwiększenie: histerezy magnetycznej • zmniejszenie: przewodności elektrycznej, siły elektromotorycznej, przenikalności i podatności magnetycznej, magnetycznej odporności na korozję. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 21 Zgniot – ENERGIA ZMAGAZYNOWANA ODKSZTAŁECENIE PLASTYCZNE NA ZIMNO Ez = W - Q W – praca mechaniczna odkształcenia Q – ciepło odkształcenia STAN METASTABILNY Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 22 11 Aktywowane cieplnie procesy usuwania skutków umocnienia STATYCZE DYNAMICZNE PO ODKSZTAŁECENIU PLASTYCZNYM NA ZIMNO W TRAKCIE ODKSZTAŁECENIA PLASTYCZNEGO NA GORĄCO ZDROWIENIE zmniejszenie zdefektowania struktury krystalicznej bez migracji szerokątowych granic ziarn REKRYSTALIZACJA tworzenie i rozrost wolnych y od defektów ziarn PRZYWRÓCENIE WŁAŚCIWOŚCI JAKIE MATERIAŁ POSIADAŁ PRZED ODKSZTAŁCENIEM PLASTYCZNYM 23 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Zdrowienie statyczne Zdrowienie – procesy wydzielania się z odkształconego metalu energii zmagazynowanej w wyniku zmniejszenia gęstości defektów punktowych oraz wzajemnego oddziaływania, przegrupowania i anihilacji dyslokacji bez udziału migracji szerokokątowych granic ziarn. Poligonizacja Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 24 12 Rekrystalizacja statyczna Rekrystalizacja – zachodzi powyżej tzw. temperatury rekrystalizacji (wyższej niż temperatura, w której obserwuje się zdrowienie), związana jest z migracją szerokokątowych granic ziarn i prowadzi do wzrostu ziarn i zmiany ich orientacji. Rodzaje rekrystalizacji statycznej: • pierwotna, • równomierna (rozrost ziarn), • wtórna (anormalny rozrost ziarn). Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 25 Rekrystalizacja pierwotna Rekrystalizacja pierwotna – prowadzi do wydzielenia się całej energii zmagazynowanej, tym samym do przywrócenia właściwości materiału jakie miał przed odkształceniem plastycznym. Mechanizmy zarodkowania podczas rekrystalizacji Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 26 13 Rekrystalizacja pierwotna WYDZIELANIE ENERGII ZMAGAZYNOWANEJ SIŁA NAPĘDOWA WZROS ST ZARODK KÓW MIGRACJA GRANICY TWORZEN NIE ZREKRYSTALIZO OWANYCH ZIARN O MAŁEJ GĘSTOŚCI ACJI DYSLOKA Różnica energii zmagazynowanej zarodka rekrystalizacji podziarna utworzonego podczas zdrowienia oraz odkształconej osnowy ANIHILACJA DEFEKTÓW NA FRONCIE REKRYSTALIZACJI 27 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Rekrystalizacja równomierna (rozrost ziarn) Rekrystalizacja równomierna – zachodzi po zakończeniu rekrystalizacji pierwotnej i polega na wzroście średniej wielkości ziarn. ZMNIEJSZENIE POWIERZCHNI GRANIC ZIARN SIŁA NAPĘDOWA Napięcie pę powierzchniowe granic ziarn PROSTOWANIE ZAKRZYWIONYCH GRANIC Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Rozrost ziarn większych – kosztem mniejszych 28 14 Rekrystalizacja wtórna (anormalny rozrost ziarn) Rekrystalizacja temperaturze wtórna niż – zachodzi rekrystalizacja w pierwotna znacznie i wyższej równomierna. Szczególny przypadek selektywnego, silnego rozrostu niektórych ziarn o uprzywilejowanej orientacji. orientacji Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 29 Temperatura rekrystalizacji Temperatura rekrystalizacji – ma charakter umowny – nie ma określonejj wartości p ponieważ zależy y od wielu czynników: y • temperatury topnienia Tt (empiryczna zależność Boczwara) TR = (0,35 ÷ 0,60) Tt Temperatura w skali bezwzględnej !!! Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 30 15 Temperatura rekrystalizacji • stopnia odkształcenia (gniotu) – większy gniot => większa wartość energii zmagazynowanej => obniżenie TR • czystości metalu – zanieczyszczenia ograniczają ruchliwość granic ziarn => podwyższenie TR • drobnoziarnistości – mały rozmiar ziarn => obniżenie TR • temperatury odkształcenia plastycznego – mała wartość => obniżenie TR 31 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Temperatura rekrystalizacji Umownie przyjmuje się, że temperatura rekrystalizacji jest temperaturą, w której dany metal (stop) odkształcony określonym gniotem zrekrystalizuje całkowicie w ciągu 1 h Doświadczalnie można wyznaczyć ją z wykresu zależności: właściwość mechaniczna (wytrzymałość, twardość) w funkcji temperatury wyżarzania Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 32 16 Gniot krytyczny GRUBOZIARNISTOŚĆ Zależność rozmiaru ziarna po wyżarzaniu od gniotu 33 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka Techniczne aspekty procesów i usuwania jego skutków odkształcania plastycznego Wyżarzanie odprężające – wykorzystanie efektów zdrowienia => usuwanie naprężeń własnych Wyżarzanie rekrystalizujące – wykorzystanie efektów rekrystalizacji => usuwanie skutków umocnienia odkształceniowego (wyżarzanie międzyoperacyjne w procesach przeróbki plastycznej na zimno) PRZERÓBKA PLASTYCZNA Temperatura rekrystalizacji TR NA GORĄCO NA ZIMNO Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 34 17 Literatura źródłowa: 1. Rudnik S.: Metaloznawstwo. PWN, Warszawa 1998 2. J. W. Wyrzykowski, E. Pleszakow, J. Sieniawski: Odkształcanie i pękanie metali. WNT, Warszawa 1999 3. Dobrzański L. A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT, Warszawa 1999 4. Przybyłowicz K.: Podstawy teoretyczne metaloznawstwa. WNT, Warszawa 1999 5. Demaid A.: A history of superplastic metals. de Wit J. H. W. et al. (eds): Case Studies in Manufacturing with Advanced Materials – Vol. 1. North-Holland, Amsterdam 1992 6. Prowans S.: Struktura stopów. PWN, Warszawa 2000 Lit Literatura t uzupełniająca: ł i j Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa 1999 Ashby M. F., Jones R. H.: Materiały inżynierskie – cz. I i II. WNT, Warszawa 1995 Grabski M. W.: Nadplastyczność strukturalna metali. Wyd. Śląsk, Katowice 1973 Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD - 2010/2011 - dr inż. Maciej Motyka 35 18
![POLiTECHNIKA RZESZOWSKA tcl. ]7854-01-68, 17865-]9](http://s2.doczz.pl/store/data/000793512_1-d62c9f5a86d7b54f1fb72e5801929d7b-70x70.png "POLiTECHNIKA RZESZOWSKA tcl. ]7854-01-68, 17865-]9")
