- •Специальные технологии художественной обработки материалов. Часть 2 (Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением)
- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1. Из истории обработки металлов давлением
- •1.1. Ковка металлов в древности
- •1.2. Кованые изделия средневековья
- •1.3. Изделия конца хviii - начала хх веков
- •Лекция 2. Элементы теории напряжений и деформаций
- •2.1. Связь между деформацией и напряжением
- •2.2. Плоское напряжённое состояние и плоская деформация
- •2.3. Главные напряжения и их основные схемы
- •2.4. Взаимосвязь обобщенного напряжения и обобщенной деформации. Испытание металлов на растяжение
- •Заключение
- •3.2. Типы дефектов кристаллического строения и их основные свойства
- •3.3. Структурообразования при пластической деформации металлов
- •3.4. Причины деформационного упрочнения
- •Упрочнение от взаимодействия дислокаций
- •Взаимодействие дислокаций с примесями
- •Упрочняющее действие межзеренных и межфазных границ
- •3.5. Разрушение металлов при пластической деформации
- •3.6. Пластичность металлов. Влияние напряжённого состояния
- •Заключение
- •4.2. Взаимосвязь предела текучести и пластичности металла
- •4.3. Термическое разупрочнение деформированного металла
- •4.4. Движущие силы и кинетика термического разупрочнения
- •4.5. Сопротивление деформации металлов. Релаксация напряжений
- •4.6. Охлаждение деформированного металла. Фазовые превращения
- •Заключение
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 5. Основные виды пластической деформации
- •5.1. Сжатие
- •5.2. Вытяжка
- •5.3. Прошивка
- •5.4. Закручивание
- •5.5. Листовая штамповка
- •5.6. Прокатка
- •5.7. Волочение
- •5.8. Гибка
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 6. Средства нагрева металлов
- •6.1. Источники нагрева
- •6.2. Пламенные нагревательные устройства
- •6.3.Электрические нагревательные устройства
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 7. Технологические процессы художественной деформации, ч. 1
- •7.1. Художественная ковка Основные положения
- •Кузнечные инструменты
- •Основные операции ручной ковки
- •7.2. Выколотка (дефовка)
- •7.3. Чеканка
- •Инструменты и приспособления
- •Технология чеканки
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 8. Технологические процессы художественной деформации, ч. 2
- •8.1. Тиснение (басма)
- •8.2. Металлопластика
- •8.3. Насечка (тауширование)
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Лекция 9. Технологические процессы художественной деформации, ч. 3
- •9.1. Филигрань (скань)
- •9.2. Гравирование Общие положения
- •Инструменты и приспособления
- •Плоскостное гравирование
- •Обронное гравирование
- •9.3. Изготовление сусального золота
- •9.4. Листовая штамповка
- •9.5. Ручное резание
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Список литературы
- •Специальные технологии художественной обработки материалов. Часть 2 (Технология изготовления художественных изделий обработкой давлением)
4.4. Движущие силы и кинетика термического разупрочнения
Образование зародышей
Основными процессами термического разупрочнения металлов являются полигонизация и рекристаллизация. Оба эти процесса сопровождаются появлением новых границ – малоугловых при полигонизацин и высокоугловых при рекристаллизации. Образование новых границ – один из главных механизмов структурных превращений.
Термическое разупрочнение протекает самопроизвольно, т. е. без дополнительного внешнего воздействия и сопровождается уменьшением энергии системы.
Энергия упругих напряжений, создаваемых дислокациями, переходит в энергию, создаваемую границами. Иначе говоря, образование новой границы предопределяет полную или почти полную «очистку» рассматриваемого объема от дислокаций.
Рост зародышей новых зерен или субзерен
Если считать, что зародыши рекристаллизации образованы из дислокационных ячеек, то их размер r существенно меньше, чем размер зерна R после рекристаллизации: rmin= 0,1 мкм; R = 10 ÷ 100 мкм. Таким образом, R/r = 100 ÷ 1000. Заметим, что увеличение размера нового рекристаллизованного зерна сопровождается следующими энергетическими эффектами:
1) увеличением площади поверхности нового зерна, что сопровождается повышением его поверхностной энергии:
ΔWs = γs΄s
2) снятием деформационного упрочнения в объеме нового зерна, что сопровождается уменьшением энергии.
Если в металле прошла первичная рекристаллизация во всем объеме и деформационное упрочнение снято, т. е. Δσ = 0, это не означает, что процесс перемещения границ зерен закончен.
Движущие силы динамической рекристаллизации значительно превышают движущие силы статической.
Процессы миграции границ заканчиваются, если движущие силы обращаются в нуль.
Кинетика разупрочнения.
Если миграцию границы нового рекристаллизованного зерна принять в качестве основного механизма термического разупрочнения, поскольку упругая энергия деформационного упрочнения является основной движущей силой миграции границ, а после прохождения новой границы упрочнение снимается полностью, то можно получить кинетическое уравнение, описывающее скорость этого процесса.
При высоких температурах термическое разупрочнение происходит достаточно быстро. Например, при температуре 1050 °С в стали ШХ15 деформационное упрочнение снимается полностью приблизительно за 1 с, при температуре Т = 950 °С – за 2,5 с.
4.5. Сопротивление деформации металлов. Релаксация напряжений
При горячей пластической деформации металлов деформирующие напряжения зависят от температуры, степени ε и скорости ε' деформации. Эти напряжения называют сопротивлением деформации и обозначают К = К(Т, ε, ε').
Как мы уже отмечали, при горячей деформации одновременно происходят деформационное упрочнение и термическое разупрочнение; первый процесс вызывает повышение деформирующих напряжений, а второй – уменьшение. Если ввести в рассмотрение координату времени t, причем t = ε/ε', где ε' – скорость деформации, т. е. значение деформации в единицу времени, (с-1), то для T = const можно записать
К(t) = σs(t) – σr(t),
где K(t) - сопротивление деформации; σs(t) – значение предела текучести, зависящее от степени деформации; σr(t) – релаксированные напряжения.
Термин релаксация используют в материаловедении, медицине, музыке и других областях человеческой деятельности, а наиболее близким по смыслу русским аналогом является «ослабление», «снятие». Релакснрованные напряжения σr(t) показывают, на какое значение за время t уменьшились действующие в металле напряжения за счет внутренних процессов термического разупрочнения, которые мы рассмотрели ранее. Как видно, скорость релаксации напряжений зависит от температуры, движущих сил, в том числе внешних напряжений и структуры металла (размера зерна R и параметра решетки а).
Для определения релаксационной способности металлов выполняют опыты на релаксацию напряжений. Методика их проведения состоит в мгновенном нагружении металла до напряжений σ0, жесткой фиксации деформации образца и записи изменения напряжений во времени σ(t).