ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние пластической деформации на механические свойства и работоспособность сталей для котлов и трубопроводов из "Металлы и расчет на прочность котлов и трубопроводов Издание 3 " Котельные трубы изготавливаются прокаткой, прессованием или волочением. Котельный стальной лист получают путем прокатки. В результате обработки давлением не только изменяется форма, но также происходят изменения структуры и свойств металла. [c.147] Обработку металлов давлением принято делить на холодную и горячую. [c.147] Рассмотрим изменение структуры и свойств металла при холодной обработке давлением. Примерами такой обработки могут служить гибка труб поверхностей нагрева котла и вальцовка обечаек барабанов. [c.147] В результате пластической деформации происходит дробление блоков внутри зерен и дробление самих зерен. При пластической деформации зерна металла вытягиваются и ориентируются вдоль направления пластического течения осями наибольшей прочности. Металл приобретает различные свойства вдоль и поперек направления пластической деформации. При больших степенях пластической деформации практически все зерна ориентированы одинаково. [c.147] В связи с образованием плоскостей скольжения и дроблением блоков и зерен количество дислокаций, вакансий и смещений в единице объема металла сильно возрастает. Одновременно с увеличением прочности при наклепе снижается пластичность металла. [c.147] На рис. 3.10, а показано влияние степени деформации (вытяжки) на механические свойства малоуглеродистой стали (вытяжка представляет собой отношение длины после обработки давлением к первоначальной длине и численно равна уменьшению сечения в процессе обработки). [c.147] Неустойчивая структура пластически деформированного металла стремится освободиться от искажений кристаллической решетки и запаса остаточной энергии и перейти в устойчивое состояние. Однако при комнатной температуре подвижность атомов недостаточна для упорядочения строения кристаллической решетки. При повышении температуры подвижность атомов увеличивается и происходят процессы, возвращающие металл в устойчивое состояние. [c.148] Нагрев углеродистой стали до 300—400° С приводит к снятию значительной части упругих искажений кристаллической решетки. Для этого необходимы относительно небольшие перемещения атомов. При дальнейшем повышении температуры подвижность атомов увеличивается в еще большей степени. Приобретают подвижность дислокации. В результате взаимодействия дислокаций часть их исчезает, а часть концентрируется на отдельных участках по границам блоков. В пределах блоков металл приобретает правильное строение, происходит полигонизация. [c.148] Дальнейшее повышенме температуры вызывает зарождение новых зерен из обломков старых. Деформированная микроструктура полностью заменяется новой, состоящей из равноосных зерен. Вследствие этого практически полностью восстанавливаются механические свойства деформированного металла. Образование новых равноосных зерен называется процессом рекристаллизации. [c.149] Для образования новых равноосных зерен из старых деформированных необходим подготовительный период. Затем новые зерна начинают расти за счет окружающих деформированных. Когда все старые деформированные зерна поглощены равноосными, процесс первичной рекристаллизации заканчивается. [c.149] Температура, при которой начинается первичная рекристаллизация, зависит от степени пластической деформации. Центры кристаллизации зарождаются в наиболее искаженных местах кристаллической решетки — в местах стыка обломков зерен и по линиям скольжения. Чем выше степень пластической деформации, тем ниже температура, при которой начинается процесс рекристаллизации. [c.149] Самая низкая температура, при которой обнаруживаются новые, равноосные зерна, называется порогом рекристаллизации или температурой начала рекристаллизации. [c.149] Сплавы имеют otнo итeльнo более высокие температуры рекристаллизации, чем чистые металлы. Для технически чистых металлов коэффициент а = 0,3- 0,4, для сплавов а = 0,6- 0,7. В некоторых случаях 7 рекр = 0,87 пл- Чем выше температура рекристаллизации сплава, тем он прочнее при высоких температурах. [c.149] Новые зерна, образовавшиеся при первичной рекристаллизации, неустойчивы. Поверхность зерна металла, так же как поверхность жидкости, обладает избыточной поверхностной энергией. При уменьшении площади раздела зерен уменьшается их свободная поверхностная энергия. Чем крупнее зерна, тем меньше общая поверхность их раздела. Поэтому зерна рекри-сталлизованного металла начинают расти одни за счет других. Средний размер зерен увеличивается. Этот процесс называется собирательной рекристаллизацией. [c.149] Для повышения пластичности наклепанного металла применяется рекристаллизационный отжиг. В котлостроении заготовки толстостенных обечаек барабанов котлов при вальцовке, а также гибы труб из некоторых феррито-мартенситных сталей подвергают промежуточному отжигу. Для ускорения процесса этот отжиг проводится обычно при температурах выше порога рекристаллизации. Так, низкоуглеродистые стали с порогом рекристаллизации около 450° С подвергаются рекристаллиза-ционному отжигу при 650—700° С. [c.150] На рис. 3.10,6 показано изменение механических свойств при комнатной температуре наклепанной малоуглеродистой стали в зависимости от температуры нагрева. [c.150] На основании изложенных представлений о наклепе и рекристаллизации можно дать более точное определение горячей и холодной обработки металлов давлением. [c.150] Холодная обработка металлов давлением производится при температурах ниже температуры рекристаллизации в процессе холодной обработки возникает наклеп. [c.150] Горячая обработка металлов давлением производится при температурах выше температуры рекристаллизации. Пластическое деформирование и в этом случае вызывает сдвиги и упрочнение, но упрочнение устраняется рекристаллизацией под действием теплоты обрабатываемой заготовки. [c.150] Горячую обработку давлением низкоуглеродистой стали производят при температурах, при которых она имеет аустенитную структуру. Верхняя граница температур нагрева под обработку давлением на 100—200°С ниже температуры начала плавления. Более высокий нагрев может привести к очень интенсивному росту зерен аустенита, которые нельзя будет раздробить полностью даже при последующей обработке давлением. Может также произойти оплавление и окисление границ зерен (этот неисправимый дефект называется пережогом). Нагрев до слишком высоких температур, кроме того, приводит к большим потерям на окалинообразование. [c.150] Вернуться к основной статье