Сущность упрочнения металла

При обработке деталей резанием под действием прилагаемых уси-лий в металле поверхностного слоя происходит пластическая деформация, изменяющая его механические и физические свойства:

1. В области плоскостей скольжения происходит искажение кристаллической решетки, в частности поворот ее вблизи плоскостей скольжения, смещения атомов с положений устойчивого равновесия и упругие искривления плоскостей скольжения.

Искажение кристаллической решетки вызывает появление дополнительных напряжений, остающихся после прекращения деформации (остаточные напряжения Ш рода).

2. При деформации поликристалла, состоящего из большого числа различных по размерам зерен, имеющих разнообразную ориентировку кристаллографических плоскостей, отдельные его зерна действуют друг на друга, вызывая появление внутренних напряжений. Характер возникающих при этом внутренних напряжений различных зерен неодинаков. Одни зерна могут испытывать напряжения растяжения или сжатия, в то время, как другие зерна - напряжения изгиба. Это объясняется тем, что при деформировании поликристалла часть его зерен ориентирована благоприятно по отношению к направлению деформирующей силы (направление плоскостей скольжения у таких зерен составляет 45° к направлению деформирующей силы), в то время, как другая часть зерен ориентирована неблагоприятно (при угле 0° и 90°). При некотором значении внешней силы напряжение в благоприятно расположенных зернах поликристалла превосходит величину критического напряжения и в них начинается скольжение. В это время напряжение, развившееся в соседних неблагоприятно расположенных зернах, величины критического напряжения еще не достигает, и деформация этих зерен не происходит. В результате воздействия внешней силы на поликристалл в благоприятно расположенных зернах начинается пластическая деформация, которой препятствуют соседние, неблагоприятно ориентированные и поэтому не деформирующиеся зерна.

В конечном счете неблагоприятно ориентированные, а поэтому слабо деформированные зерна поликристалла приобретают внутренние напряжения растяжение, а благоприятно расположенные зерна, претерпевшие значительную деформацию, приобретают напряжения сжатия, как результат воздействия соседних, мало деформированных зерен, препятствующих развитию в них деформации растяжения» После снятия внешних напряжений, внутренние напряжения между отдельными зернами поликристалла остаются в нем, как остаточные напряжения второго рода (межкристаллитные напряжения).

Неоднородность напряженного состояния отдельных зерен поликристалла в значительной степени усиливается при увеличении разницы в размерах его зерен.

3. Скольжение в кристаллах уменьшает структурные неоднородности снижающие их прочность. Устранение неоднородностей частично восстанавливает обычно пониженную практическую прочность кристаллов, повышая величину критического сдвигающего напряжения.

4. При скольжении одной части кристалла относительно другой на плоскостях скольжения возникают осколки зерен, создающие шероховатость поверхностей скольжения, которая тормозит дальнейшее перемещение.

5. Изменение формы кристаллических зерен в процессе деформации способствует их механическим зацеплением и затрудняет взаимное перемещение, наблюдающееся при пластической деформации поликристаллов.

Совокупность перечисленных явлений, сопровождающих процесс пластической деформации поликристаллов, вызывает общее упрочнение (наклеп) деформируемого металла.

В результате упрочнения при пластической деформации повышаются все характеристики сопротивления деформации (предел текучести, предел прочности, твердость и др.), понижается пластичность (уменьшается относительное удлинение при разрыве, и относительное сужение и т.д.), а также изменяются некоторые физические свойства металла.

Холодная пластическая деформация металла, вызывающая смещение атомов с положенийих устойчивого равновесия, соответствующих наиболее плотному размещению атомов в кристаллической решетке, искажения кристаллической решетки и возникновение внутрикристаллитных и межкристаллитных нарушений; приводит к уменьшению плотности металла. Рис. показывает, что удельный вес пластически деформируемого металла снижается пропорционально увеличению степени пластической деформации.

По данным М.Г. Окнова, увеличение удельного объема металла в результате его пластического деформирования и наклепа может достигать 0,3-0,8% по сравнению с величиной удельного объема до деформации. При горячей обработке пластическая деформация, протекающая при отсутствие растягивающих напряжений, может способствовать устранению нарушений структуры, связи с чем возможно повышение плотности.

Возникновение внутрикристаллитных и кристаллитных нарушений, местные распределения внутренних напряжений, возникновение нарушений на границах между обломками зерен в области дефектов решетки, сопровождающие пластическую деформацию, приводит к рассеянию электронов и снижает электропроводность металла. Упрочнение металла снижает его теплопроводность и изменяет магнитные свойства, увеличивая в два-три раза коэрцитивную силу, значительно повышает способность металла к растворению и коррозии, ускоряет процесс распада твердого раствора.

Оно также оказывает значительное влияние на его структуру после последующей рекристаллизации. Упрочнение при критической степени деформации (для стали 3-4%) способствует интенсивному росту зерен и созданию после рекристаллизации крупнозернистой структуры. Увеличение степени предварительной деформации выше критической способствует получению после рекристаллизации мелкозернистой, однородной структуры.

Упрочнение является атермическим процессом. Степень и глубина наклепа зависят от степени пластической деформации металла поверхностного слоя, в свою очередь зависящей от величины и продолжительности воздействия внешних сил, вызывающих деформацию, и от пластических свойств деформируемого металла.

При этом большое влияние на способность металла к упрочнению оказывает его структура. Рис. показывает, что при одинаковой степени пластической деформации углеродистых и легированных сталей различной структуры наименьшее приращение твердости (10-15%) показали стали, имевшие структуру сорбита, с твердостью по Виккерсу HV 300-450

Наибольшее упрочнение при наклепе дают мягкие стали со структурой феррит-перлит (HV 100-200) и твердые стали (HV 700)со структурой мартенсита.

Наклеп металла поверхностного слоя деталей машин обычно характеризуется его микротвердостъю (или степенью повышения микротвердости металла поверхностного слоя по отношению к микротвердости недеформированного металла сердцевины) или рентгенографическими характеристиками (расширение, размытие и ослабление интенсивности интерференционных линий).

Поиск по сайту: