- •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)
3.2. Типы дефектов кристаллического строения и их основные свойства
Для классификации дефектов кристаллического строения удобно пользоваться отношением линейного размера дефекта L1, L2, L3 вдоль осей координат к параметру решетки металла а1, а2, а3 в тех же направлениях.
Точечные дефекты: L1/а1 ≈ L2/а2 ≈ L3/а31. Для этих дефектов область искажений кристаллической решетки имеет размер порядка атомного. К этому типу дефектов относятся (рис. 3.4): вакансии – отсутствие какого-либо атома в узле решетки; внедренные атомы – атомы того же типа, что и в решетке, но расположенные между узлами решетки; два атома вблизи пустого места в узле решетк;, примесные атомы в положении замещения; примесные атомы в положении внедрения.
Рис.
3.4. Точечные дефекты: 1
– вакансия; 2
– внедренный атом; 3
– два атома вблизи вакансии; 4
– примесный атом замещения; 5
– примесный атом внедрения
Рис.
3.5. Дислокационная трубка в кристалле
Во время пластической деформации дислокации интенсивно размножаются и их плотность возрастает в миллионы раз, а в сильнодеформирусмом металле ρ может достигать 5·1011 см/см3, что равняется нескольким расстояниям от Земли до Луны.
Плоские дефекты: L1/а1 ≈ L2/а2 ≈ 1; L3/а3 ≈ 1. Область нарушений ближнего порядка представляет собой плоскость. Среди плоских дефектов прежде всего необходимо назвать свободную (внешнюю) поверхность металла. Действительно, поверхностные атомы не имеют примерно половины ближайших соседей, а влияние состояния поверхности на свойства металла, как показывают исследования, очень велико.
К плоским дефектам относятся границы зерен и отдельных фаз в металле, плоские трещины и плоские выделения примесных атомов или легирующих элементов.
Объемные дефекты: Li/ аi ≈ 1. К ним относятся поры, а также выделения второй фазы.
3.3. Структурообразования при пластической деформации металлов
В любой термодинамической системе внутренние напряжения, на первый взгляд, распределены случайным образом, стохастически. В металлах эти напряжения создаются дефектами кристаллического строения – вакансиями, дислокациями, границами и их совместными образованиями. Эти напряжения могут быть выявлены экспериментально, например – при взаимодействии поверхности металла с химическими реактивами или тонкой фольги с потоком ускоренных электронов. Результатом этого взаимодействия, которое происходит с разной интенсивностью для субмикрообъемов, различно «заряженных» упругой энергией присутствующих там дефектов кристаллического строения, являются избирательное травление или дифракция электронов. В итоге на поверхности металлографического шлифа или на экране электронного микроскопа формируется картина распределения этих дефектов на поверхности либо в объеме фольги. Эту картину мы называем структурой, даем ей определенные названия, трактовки и тщательно изучаем, выводя корреляционные зависимости структуры и свойств металла.
Таким образом, структура металла – это упорядоченное расположение субмикрообъемов металла или атомов (элементов системы), каждый из которых обладает своим запасом упругой энергии присутствующих там дефектов кристаллического строения. Следовательно, если дать численную характеристику упорядоченности этих напряжений, то это означает, что любой структуре можно поставить в соответствие ее численную характеристику.
Из экспериментальных работ известно, что структура металлов во время процессов их обработки формируется на нескольких масштабных уровнях. При этом следует иметь в виду, что структуры металлов не возникают сами по себе, для их формирования требуются определенные условия и энергозатраты.
Если напряжения не превышают предела текучести, никаких изменений в структуре не происходит, а структурообразование начинается только при пластической деформации.
Анализ многочисленных экспериментальных данных по формированию структур деформированных металлов позволяет сделать вывод, что процессы структурообразования в различных металлах имеют весьма сходную последовательность явлений, или сценарность, – этапы формирования структуры одни и те же. Отличия, конечно же, существуют. Однако они невелики и проявляются, как правило, в начальной стадии деформации, когда сказываются индивидуальные особенности металла.
Особенности могут состоять и в наличии еще одного дополнительного механизма деформации, например, за счет обратимых мартенситных превращений могут проявляться и на окончательной стадии – при разрушении. И тем не менее сценарий един – чем дальше от равновесия, чем больше степень пластической деформации, тем сложнее структура и выше деформационное упрочнение.