Формирование структуры при пластической деформации металла

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ МЕТАЛЛА [c.32]

Во-вторых, деформируемый металл можно считать неизолированной термодинамической системой он обменивается энергией с окружающей средой, которой при пластической деформации является деформирующий инструмент. Если металл налипает на инструмент, он может быть признан открытой системой, если обмена массой нет - система закрытая. Как было показано ранее, формирование диссипативных структур возможно в открытых или закрытых системах. [c.33]

При завершении формирования ячеистой дислокационной структуры и ее совершенствования (или на фоне совершенствования) при пластической деформации в металлах начинает действовать дополнительный механизм деформации — ротационный (рис. 1.4,д). Его суть состоит в том, что микрообъемы металла, включающие десятки или сотни дислокационных ячеек, совершают совместный разворот относительно какой-либо оси [6, 11]. Объем металла разбивается на фрагменты, а процесс ротационной пластичности напоминает образование складок, например на тканях, рис. 1.5. [c.36]

Пластическая деформация известна как эффективное средство формирования структуры металлов, сплавов и некоторых других материалов. В процессе деформации повышается плотность дислокаций, происходит измельчение зерна, возрастает Концентрация точечных дефектов и дефектов упаковки. Совокупность этих изменений способствует образованию специфической микроструктуры. Основные закономерности ее формирования при пластической деформации определяются сочетанием [c.57]

При горячей пластической деформации пересыщенных твердых растворов, сопровождающейся неравномерной скоростью истечения металла по сечению, зональные напряжения могут облегчать или затруднять старение. Растягивающие напряжения будут способствовать распаду твердого раствора, если он идет с увеличением удельного объема сплава, и затруднять распад, если удельный объем при этом уменьшается. Сжимающие. напряжения—наоборот. В свою очередь это может существенно сказаться на свойствах изделия и механизме формирования структуры при последующей рекристаллизации. [c.717]

Будучи закрепленной на концах перетяжки, дислокация выгибается, а длина перетяжки увеличивается на стадии 7 (рис. 39,г). Движение дислокации и пластическая деформация по новой плоскости (111) могут быть облегчены, так как открываются возможности при образовании петли (см. рис. 39, г) для генерации источника Франка-Рида. Различие в ширине расщепленных дислокаций и соответственно в склонности к поперечному скольжению у разных металлов и сплавов играет очень важную роль в формировании дислокационной структуры (ячеистой структуры, см. гл. III) при деформации и в особенности структурных изменений при последующих возврате и рекристаллизации. [c.76]

О какой же конкретно структуре, возникающей во время пластической деформации, идет речь Приведем один из возможных сценариев формирования структуры деформированного металла на примере холоднокатаного рения (рис. 1.4). Условно разобьем процесс на отдельные стадии, но при этом будем все же помнить, что в силу вероятностного характера свойств различных микрообъемов при одной величине деформации в металле могу г возникнуть различные типы структуры. В связи с этим в металле нет резкой границы раздела стадий структурообразования, система плавно переходит от одного состояния к другому. Более резко отдельные стадии выделяются при деформации монокристаллов, но здесь мы будем рассматривать деформацию только поликри-сталлических тел. [c.34]

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрии инструмента, режима резания, условий обработки. В процессе резания заготовок из пластичных металлов и сталей средней твердости превалирует пластическая деформация. У хрупких металлов пластическая деформация практически отсутствует. Поэтому при обработке хрупких металлов угол р близок к нулю, а при обработке пластичных металлов р доходит до 30°, что свидетельствует о сложном внутреннем процессе деформирования кристаллитов и формировании новой структуры. Знание законов пластического деформирования и явлений, сопровождающих процесс резания, позволяет повысить качество обработанных поверхностей деталей машин и их надежность. [c.303]

Кинетика образования полигонизованной структуры и ее устойчивость зависят от ряда факторов и прежде всего от исходной дислокационной структуры, возникающей в результате пластической деформации [152] или после термической обработки и других процессов. Скольжение по разным системам во время сильной пластической деформации приводит к неравномерному распределению дислокаций, что затрудняет перераспределение их при нагреве и образование малоугловых границ. Существенное влияние на формирование полигонизованной структуры оказывает величина энергии дефектов упаковки у. Предполагалось, что полигонизация невозможна в металлах с низким значением энергии дефектов упаковки, например в чистой меди. Однако показано, что полигонизация происходит даже в меди зонной плавки и в электролитической меди (99,999%). [c.190]

Процессы высокотемпературной деформации при сварке определяют и формирование структуры околошовной зоны, зоны сплавления и шва. Общностью пластической деформации в шве и околошовной зоне может быть объяснено наличие общих зерен шва и основного металла в зоне сплавления, появление ферритных оторочек на участках проскальзывания по границам и другие особенности структуры [42]. [c.40]

Стабилизирующая полигонизация представляет собой формирование субзерен, разделенных плоскими дислокационными стенками (рис. 5.12). Стенки малоподвижны и весьма устойчивы, при дальнейшем нагреве они сохраняются почти до температур плавления металлов. После формирования субзеренной структуры рекристаллизации не происходит. Стабилизирующая полигонизация развивается лишь при определенных условиях отсутствие ячеистой дислокационной структуры, избыток краевых дислокаций одного знака и др. Такие условия выполняются в монокристаллах и крупнозернистых поликристаллах после небольших пластических деформаций. В подобных материалах результаты перераспределения дислокаций существенно зависят от температуры отжига. При сравнительно высоких температурах нагрева (выше 0,35 Гпл) вместо полигонизации развивается первичная рекристаллизация. Если стабилизирующая полигонизация успешно завершилась после отжига при (0,3 — 0,35)Гпл, то при дальнейшем нагреве даже при более высокой температуре рекристаллизация не развивается. [c.134]

Пластическая деформация известна как эффективное средство формирования структуры металлов, сплавов и некоторых других материалов. В процессе деформации повышается плотность дислокаций, происходит измельчение зерна, растет концентрация точечных дефектов и дефектов упаковки. Совокупность этих изменений способствует образованию специфической микроструктуры. Основные закономерности формирования структуры в процессе пластической деформации определяются сочетанием параметров исходного структурного состояния материала и конкретными условиями деформирования, а также механикой процесса деформации. При прочих равных условиях основная роль в формировании структуры и свойств материала принадлежит механике процесса деформации — если она обеспечивает однородность напряженного и деформированного состояний по всему объему материала, то процесс деформации является наиболее эффективным. [c.75]

Легирование является наиболее распространенным методом повышения механических свойств металлических материалов. Увеличение прочностных характеристик материалов происходит благодаря влиянию легируюш,их элементов на исходное состояние сплава и на его изменение в процессе пластической деформации и проявляется в повышении предела текучести и возникновении более интенсивного деформационного упрочнения. Известно, что при деформировании в металлах и сплавах происходит образование дислокаций и формирование определенной для каждого материала и условий дислокационной структуры. В связи с этим становится ясным, что в основе повышения прочности металлов и сплавов лежит взаимодействие дислокаций с барьерами, которыми могут быть различные дефекты, границы, растворимые атомы, включения или дисперсные частицы. [c.76]

В целом, проведенные исследования показывают, что процесс шлифования титановых сплавов сопровождается существенными изменениями структуры материала поверхностных слоев, обработанных по разным технологическим режимам. Структурное состояние, формируемое в поверхностном слое при конкретных режимах шлифования, является наиболее важным в комплексе параметров, определяющих эксплуатационные характеристики промышленных изделий. Особую роль в формировании структуры металлических систем при поверхностной обработке и сопротивлении разрушению деталей при нагружении в условиях эксплуатации отводят диффузионным процессам. Диффузия легирующих элементов в зоне металла, подвергнутого поверхностной обработке, как показали приведенные результаты, в наибольшей степени влияет на долговечность изделий в целом. В связи с этим контроль структурного состояния поверхностных слоев с точки зрения диффузионного перераспределения основных легирующих элементов сплава и изменения фазового состава, а также развивающейся пластической деформации в этих слоях, накопления различного рода нарушений структуры-является важным в решении задачи повышения качества материала после поверхностной технологической обработки деталей. [c.150]

При определенных условиях прокатываемый металл может испытывать циклические фазовые превращения, инициируемые и протекаемые в процессе периодической пластической деформации, т. е. подвергаться термодеформационной обработке с циклической фазовой перекристаллизацией. Положительное воздействие обеих совмещаемых операций на формирование структуры и свойств металла позволяет предположить, что оптимизацией атого процесса при прокатке главным образом на завершающей стадии можно существенно влиять на структуру и эксплуатационные характеристики металла не только в поверхностном слое, но и по всей толщине проката. . [c.169]

При сварке плавлением сварные соединения имеют два ярко выраженных участка закристаллизовавшийся металл шва и зону термического влияния в основном металле. При сварке давлением в твердой фазе обнаруживается только вторая зона. При этом роль пластической деформации в формировании структуры и свойств сварных соединений настолько возрастает, что эту зону более правильно называть зоной термомеханического влияния. [c.12]

Контакту и адгезии поверхностей металла в условиях нормального сжатия, особенностям контакта скользящих поверхностей, обусловливающим площадь приложения и величину сил, которые вызывают деформацию приповерхностных объемов металла и сопутствующие этому явления, посвящено большое количество работ. В то же время систематические комплексные исследования особенностей самой пластической деформации материалов при трении, как и изучение сопровождающих ее процессов массопереноса и формирования так называемых вторичных структур, не получили достаточного развития. Наиболее мало изучена физическая природа вторичных структур, несмотря на их определяющую роль в поведении трибосистемы в целом. [c.141]

Термомеханическая обработка (ТЛЮ) — новый метод упрочнения стали при сохранении достаточ-ной пластичности, совмещающий пластическую деформацию и упрочняющую термическую обработку (закалку и отпуск). При ТМО деформации подвергают сталь в аустенитном состоянии, а при последующем быстром охлаждении формирование структуры закаленной стали (мартенсита) происходит в условиях повышенной плотности дислокаций (см. с. 16), обусловленных наклепом аустенита, в связи с чем и повышаются механические свойства стали. Пластическое деформирование при ТМО возможно прокаткой, ковкой, штамповкой и други.мн способами обработки металлов давлением. Различают два способа термомеханической обработки —высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) (рис. 8.4). [c.78]

В главе I мы рассмотрели закономерности формирования структур при пластической деформации металлов и показали, что при некоторой плотности дислокаций и при некотором значении степени деформации е в металле возможно образование новых границ типа межзе-ренных, но имеющих деформационное происхождение (см. рис. 1.4, 1.5). Образование новой границы фактически определяет переход в новое структурное состояние, а сама граница деформационного происхождения является новым структурным элементом. Появление границы связано с преобразованием упругой энергии, накопленной в металле во время пластической деформации за счет генерации дефектов кристаллического строения, в поверхностную энергию новой границы. [c.69]

Исследования [31] эволюции дислокационной структуры при пластической деформации (см. гл. III) действительно показали формирование при пластической деформации вытянутых субзерен с особыми свойствами субграниц. В то же время электронно-микроскопические исследования эволюции дислокационной структуры in situ , проведенные В. М. Доровским, Л. А. Елесиным и А. А. Тутновым, показали фрагментацию структуры у концентраторов напряжений, всегда заканчивающуюся спонтанным уходом дислокаций, обусловленным, по мнению авторов, образованием аморфной структуры. Эти эксперименты явились подтверждением неравновесных фазовых переходов в локальных объемах металла, претерпевших предельную пластическую деформацию. [c.84]

Из множества работ, среди которых можно отметить [3, 4, 6, 8, 11, 19, 20], известно, что формирование структуры металлов во время процессов их обработки происходит на нескольких масштабных уровнях, поэтому для ее полного описания необходимо применять интегральные методы и интегральновероятностные характеристики. При этом следует иметь в виду, что структуры металлов не возникают сами по себе, для их формирования требуются определенные условия и энергозатраты. Величина диссипации энергии при структурообразова-нии будет рассмотрена далее в связи с деформационным упрочнением. Здесь же проанализируем структуры металлов, возникающие при пластической деформации, с позиций неравновесной термодинамики и определим степень их соответствия диссипативным структурам, рассмотренным в разделе 1.2. [c.32]

Пластическая деформация протекает не только под действием внешней силы, но и под влиянием внутренних фазовых превращений, сопровождающихся объемными изменениями (внутрифазовый наклеп). Внутрифазовый наклеп оказывает влияние на структуру и существенно отражается на формировании свойств при термической обработке металлов и сплавов. [c.98]

В процессе формирования при обработке резанием ПС подвергается воздействию упругопластических деформаций и тепла, выделяющегося в результате пластических деформаций металла и трения. Повышение температуры сопровождается повышением пластических свойств металла, что способствует более глубокому упрочнению ПС. С другой стороны, с повышением температуры интенсифицируются процессы возврата в ре1фисталлизации, происходит более активное разупрочнение (отдых) металла. Конечная степень и глубина упрочнения ПС при обработке резанием определяются степенью влияния процессов упрочнения и разупрочнения. Если температура ПС доходит до температуры рекристаллизации, то наклеп полностью снимается. Однако при этом металл ПС может не вернуться в исходное состояние. Он может приобрести более крупнозернистую структуру в результате ре1фисталлизации или структуру закалки (с более высокой, чем основой металл микротвердостью) в случае интенсивного охлаждения. [c.132]

При достаточно высокой степени деформации (е> >80- -90%) максимальная разориентация соседних ячеек превышает 5—10° при средней разориентации 2—3°. Имеется критический угол 0кр разориентировки границы ячеек. При 0<0кр<2н-5° границы ячеек оказывают сопротивление движению дислокаций по типу сопротивления дислокаций леса . Если 0> 2-4-5°, границы ячеек становятся столь же эффективными барьерами для передачи скольлсения, как и границы зерен, повышая тем самым деформирующее напряжение. Передача пластической деформации через такие границы сопровождается нагромождением дислокаций. В отличие от разных стадий пластической деформации, когда длина плоскости нагромождения ограничена размером металлографически выявляемого зерна, при больших деформациях длина плоскости нагромождения ограничена размером ячейки. Формирование ячеистых дислокационных структур зависит от условий деформации, среди которых главными являются температура, степень и скорость деформации, вид напряженного состояния. Многочисленные экспериментальные данные дают основание утверждать что снижение температуры деформации, повышение скорости деформации, легирование (при условии, что легирование не сильно влияет на величину энергии дефекта упаковки) или загрязнение металла, повышая напряжение течения, одновременно затрудняют формирование ячеистой структуры. Ячеистая структура оказывает непосредственное влияние на свойства деформированного металла, причем структурно чувствительные механические свойства зависят не только от размера ячейки, но и от угла 0 между соседними ячейками. [c.251]

Формирование четкой дислокационной ячеистой структуры с тонкими границами является характерной особенностью пластической деформации тугоплавких металлов с ОЦК-решеткой, обусловленной, как отмечалось выше, высокими значениями энергии дефекта упаковки (особенно дляметаллов VIA группы), а также тем, что пластическую деформацию этих металлов из-за низкотемпературной хрупкости проводят обычно при температуре ниже температуры рекристаллизации, но значительно выше комнатной [9, 28]. [c.123]

К счастью, многие из упомянутых проблем могут быть преодолены при использовании методов обработки, названной нами интенсивной пластической деформацией (ИПД) [3, 8]. Задачей методов ИПД является формирование наноструктур в массивных металлических образцах и заготовках путем измельчения их микроструктуры до наноразмеров. Хорошо известно, что путем значительных деформаций при низкой температуре, например, в результате холодной прокатки или вытяжки [9-11], можно очень сильно измельчить структуру металлов. Однако полученные структуры являются обычно ячеистыми структурами или субструктурами, имеющими границы с малоугловыми разориентировками. Вместе с тем рассматриваемые наноструктуры являются ультра-мелкозернистыми структурами зеренного типа, содержащими преимущественно большеугловые границы зерен [8, 12]. Создание таких наноструктур может быть осуществлено методами ИПД, позволяющими достичь очень больших деформаций при относительно низких температурах в условиях высоких приложенных давле- [c.6]

Можно сформулировать несколько требований к методам интенсивной пластической деформации, которые следует учитывать при их развитии для получения наноструктур в объемных образцах и заготовках. Это, во-первых, важность получения ультра-мелкозернистых структур, имеющих преимущественно большеугловые границы зерен, поскольку именно в этом случае происходит качественное изменение свойств материалов (гл. 4,5). Во-вторых, формирование наноструктур, однородных по всему объему образца, что необходимо для обеспечения стабильности свойств полученных материалов. В-третьих, образцы не должны иметь механических повреждений или разрущений несмотря на их интенсивное деформирование. Эти требования не могут быть реализованы путем использования обычных методов обработки металлов давлением, таких как прокатка, вытяжка или экструзия. Для формирования наноструктур в объемных образцах необходимым является использование специальных механических схем деформирования, позволяющих достичь больших деформаций материалов при относительно низких температурах, а также определение оптимальных режимов обработки материалов. К настоящему времени большинство результатов получено с использованием двух методов ИПД — кручения под высоким давлением и РКУ-прессования. Имеются также работы по получению нано- и субмикрокристаллических структур в ряде металлов и сплавов путем использования всесторонней ковки [16, 17 и др.], РКУ-вытяжки [18], метода песочных часов [19]. [c.9]

Механизм образования частиц износа при возвратно-поступательном движении был сформулирован в [160]. Исследования проводились на образцах из низкоуглеродистой стали (0,08% С) методом просвечивающей электронной микроскопии. Установлено, что в результате пластической деформации в поверхностных слоях формируется развитая ячеистая структура, ориентированная вдоль направления трения. При приближении к поверхности размеры ячеек уменьшаются, а степень разориептировки между ними возрастает. Формирование ячеек в поверхностных слоях металла обусловливает присносабливаемость его структуры к условиям трения. Кроме того, размер ячеек влияет на предел текучести исследуемого материа.ла в соответствии с уравнением Холла—Петча. [c.101]

Таким образом,исходная монокристалльная структура сохраняется при деформации монокристаллов при минимальном искажении кристаллической решетки, т. е. при ламинарном пластическом течении, при котором мало деформационное упроч-Бение и дислокационная структура представляет хаотическое распределение клубков дислокаций, а общая плотность дислокаций невысока. При турбулентном, сложном течении увеличивается деформационное упрочнение и, следовательно, искажается кристаллическая решетка, усложняется дислокационная структура, повышается общая плотность дислокаций, возникает текстура и, наконец, образуется ячеистая структура. Формирование ячеистой структуры часто рассматривают как фактически эквивалентное получение структуры мелкозернистого поликри-сталлического металла [148]. Вследствие этих причин по мере продвижения в ряду ориентаций 001 <110>, 001 <100>, 110 <001> и 110 <110>—сохранение монокри-сталльной структуры при большой степени деформации затрудняется. [c.96]

При литье сплава с кристаллизацией под давлением за счет пластической деформации происходит залечивание межкристаллических и сжатие газовоздущных пор, что обеспечивает получение более плотной отливки. Высокие скорости кристаллизации и механическое воздействие обеспечивают формирование мелкокристаллической структуры и устранение газоусадочной пористости. Снижение степени развития ликвационных процессов способствует более равномерному распределению неметаллических включений. Все это приводит к повышению плотности и комплекса механических свойств металла отливок увеличению прочности (в 1,5 раза), пластичности и ударной вязкости (в 2—4 раза) по свойствам такие отливки приближаются к поковкам. [c.348]

Изучение дислокационных структур. Исследуют структуры, возникающие в металлах и сплавах при холодной и горячей пластической деформации, в том числе при термомеханической обработке, ползучести, полигониза-ции и рекристаллизации, при облучении быстрыми частицами и др. Можно определять плотность дислокаций (в интервале от 10 до, 10 1 СМ ), изучать особенности формирования дислокационных структур в сплавах с различной энергией дефектов упаковки в зависимости от температуры и скорости деформации и уровня приложенного напряжения (характер распределения дислокаций в материале, образование дислокационных конфигураций и пр.). Существуют специальные приемы исследования сложных дислокационных структур (с плотностью дислокаций >10 см 2), возникающих при сильной пластической деформации или в результате мартенситного превращения [7]. [c.60]

Необходимо отметить два варианта фрагментации длинных цилиндрических частиц. Разделение цилиндра происходит вследствие сдвига при кручении с образованием конуса-впадины и конуса-выступа на ответных фрагментированных частях цилиндров. Следует подчеркнуть, что на поверхности контактного взаимодействия на перемычках наблюдаются сферические частицы, у которых выявляется конусообразная впадина небольших размеров. Это указывает на последовательность формирования сферических частиц из фрагментов первоначальной цилиндрической частицы больших размеров. Необходимо указать на формирование частиц, имеющих форму, близкую к цилиндрической, но отличающихся выраженной ячеистой структурой поверхности (см, рис. 86,6). Фрагментирование этих частиц происходит по границам ячеек. Сохранившийся рельеф поверхности указанных частиц свидетельствует о том, что он сформирован непосредственно перед доломом образца. Частица не имеет следов обкатки в виде смятия поверхности в результате пластической деформации. Если исходить из того, что эта частица характеризует первую стадию последующего формирования сферических частиц, то ее ячеистая структура поверхности может быть сопоставлена с вторичной ячеистой дислокационной структурой, формирующейся в металле при циклическом нагружении [36, 210—212], Тогда формирование цилиндров первоначально связано с развитием трещины в материале по границам вторичной ячеистой дислокационной структуры, образующей границу объема металла, подвергающегося ротационной пластической деформации [c.180]

Описанная выше эволюция структуры металла характерна для условий развитой пластической деформации и является предметом рассмотрения многих экспериментальных и теоретических работ. Фрагментация зерен и субзерен, формирование ячеистой структуры свидетельствуют о неоднородности пластической деформации, т. е. о невыполнимости модели Тейлора. В работах [5, 6 обоснована неустойчивость ламинарного течения, предполагаемого моделью Тейлора, и выдвинуто положение о том, что сдвиговая деформация должна протекать на нескольких структурных уровнях и носить вихревой характер. На ранних стадиях деформации, пока в зернах не исчерпана возможность трансляционного скольжения, зерна претерпевают развороты как целые. Далее вследствие накопления дислокаций и появления сдвиговой неустойчивости в скоплениях дислокаций формируется ячеистая структура, которая является результатом образования микровихрей в элементе объема, когда поворот элемента как целого затрудняется. В работе [7] показано, что на определенном этапе деформации средний размер ячеек, средняя толщина границ ячеек, плотность дислокаций в этих субграницах должны выходить на насыщение, т. е. развитие дислокационной структуры должно замедляться, поэтому интенсификацию пластической деформации на стадии локализованного течения нельзя объяснить простым количественным развитием ячеистой структуры. Для этого предлагается использовать модель ротационных мод пластичности, которая привлекалась в работе [4] для объяснения процессов деформации в поверхностных слоях металлов при трении. В данном случае вполне оправдано применение дислокационных представлений о природе пластической деформации, поскольку зарождение в дислокационном ансамбле частичных дисклинаций связано с усиливающейся микронеоднородностью пластического течения [7], а она неизбежно должна возникать из-за специфики нагружения в поверхностных слоях металлов при трении. [c.144]

Пластическое деформирование сопровождается не только изменением формы, но и изменением структуры металла, которое заключается в вытягивании зерен и измельчении блочной структуры. Деформирование отдельного кристалла под действием напряжений происходит путем относительного смещения некоторых объемов зерна по кристаллографическим плоскостям. В результате смещения и поворотов отдельных частей зерен все зерна в поликристаллическом металле вытягиваются вдоль направления деформирования, образуя при больших степенях деформации направленную структуру (текстуру). При формировании такой направленной или волокнистой структуры металл становится неравнопрочным прочность поперек волокон будет меньше прочности вдоль волокон. [c.73]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...