OBRÓBKA PLASTYCZNA

METALI

• Plastyczność: zdolność metali i stopów do

trwałego odkształcania się bez naruszenia
spójności

• Obróbka plastyczna: walcowanie, kucie,

prasowanie, ciągnienie

• Wyroby i półwyroby hutnicze: pręty,

kształtowniki, rury, druty, blachy, odkuwki

• Rodzaje obróbki plastycznej: na zimno lub na

gorąco

• Wielkość odkształcenia plastycznego: Stopień

gniotu Z = S

0

– S

1

/ S

0

(S

0

i S

1

– przekroje

poprzeczne elementu przed i po obróbce
plastycznej

Mechanizmy

odkształcenia

plastycznego

• Poślizg dyslokacyjny
• Bliźniakowanie
• Pełzanie dyslokacyjne
• Pełzanie dyfuzyjne
• Poślizg po granicach ziaren

Temperatura homologiczna
T/T

t

T – temperatura w skali
bezwzględnej T

t

– temperatura

topnienia w skali
bezwzględnej

Poślizg

Systemy poślizgu

A1

A2

Linie i pasma poślizgu

Wynik poślizgu – odkształcenie plastyczne metali na
zimno i gorąco. Poślizg jest ograniczony w niskich
temperaturach, głównie w wypadku metali o sieci A2

Bliźniakowanie

Bliźniakowanie może być
znaczącym mechanizmem
odkształcenia plastycznego
w wypadku zahamowania
poślizgu, zwłaszcza w
metalach o sieci A2 i A3

Odkształcenie plastyczne na zimno

polikryształów

Górna granica plastyczności 

g

(R

eg

)

wywołana odrywaniem

dyslokacji od atmosfer
atomów obcych

•

Dolna granica plastyczności


d

(R

ed

)

– zależna od wielkości

ziarna, zgodnie z równaniem
Halla-Petcha R

ed

= 

0

+ kd

(-

1/2)

(d

–

wielkość ziarna, k –

stała, 

0

- naprężenie tarcia

sieci

 = F/S

o

,  = L/L

o

F – siła, S

o

– przekrój początkowy, L

o

– długość

początkowa, L – przyrost długości

Odkształcenie plastyczne metalu powoduje
zmiany:
•kształtu i wymiarów elementu,
•mikrostruktury,
•stanu naprężeń,
•właściwości.

Całokształt zmian określa się mianem zgniotu.

Tekstura zgniotu – uprzywilejowana orientacja
krystalograficzna ziaren względem kierunku i
płaszczyzny obróbki plastycznej, decydująca o
anizotropii właściwości mechanicznych i
fizycznych metali obrobionych plastycznie na
zimno

Mikrostruktura stopu jednofazowego po

odkształceniu plastycznym

Procesy aktywowane cieplne podczas

wyżarzania metali uprzednio

odkształconych plastycznie na zimno

• Zdrowienie statyczne
• Rekrystalizacja statyczna

Zdrowienie statyczne

• Proces aktywowany cieplnie, zachodzący

podczas wyżarzania poniżej temperatury
rekrystalizacji w metalach uprzednio
odkształconych plastycznie na zimno

• Proces związany ze zmniejszeniem liczby

defektów punktowych (dyfuzja i anihilacja
defektów), gęstości dyslokacji oraz zmianami
struktury przestrzennej dyslokacji (anihilacja
dyslokacji różnoimiennych, kurczenie się i zanik
pętli dyslokacyjnych)

• Proces związany z poligonizacją

Poligonizacja

• Prosta - w wypadku działania

jednego systemu poślizgu
podczas odkształacenia
plastycznego na zimno: tworzą
się niskokątowych granice
daszkowe w wyniku
przegrupowania się nadmiaru
dyslokacji jednoimiennych

• Złożona – odkształcenie

plastyczne w wielu systemach
poślizgu: powstają komórki
dyslokacji o małej gęstości
dyslokacji, otoczone ściankami
o dużej gęstości dyslokacji (rys.
4.25 e-h)

Rekrystalizacja statyczna

• Proces aktywowany cieplnie
• Przebiega powyżej temperatury rekrystalizacji
• Polega na powstawaniu i migracji

szerokokątowych granic ziaren

• Niezbędny jest pewien minimalny stopień

odkształcenia, tzw. gniot krytyczny

• Zachodzi przez zarodkowanie i wzrost ziaren

Zarodkowanie

Mechanizmy:
• wzrost podziaren
• migracja odcinków szerokokątowych granic
ziaren pierwotnych

Tworzenie zarodków rekrystalizacji następuje w
obszarach o największej krzywiźnie sieci: w
obszarach o dużym gradiencie odkształcenia, w
pobliżu granic ziaren, dużych cząstek innych faz,
w pasmach poślizgu.

Zarodkowanie przez wzrost podziaren

Przebiega

wskutek:
- Migracji granic

podziaren

powstałych podczas

poligonizacji, jeżeli

tworzą one z

osnową

szerokokątową

granicę i wykazują

promień większy od

krytycznego (a)
- Wzrostu

podziaren

utworzonych w

wyniku

koalescencji, jeżeli

osiągną one

granicę

szerokokątową z

osnową i wielkość

krytyczną (b)

Występuje w wypadku znacznie zróżnicowanych co do

wielkości podziaren o zróżnicowanych kątach

dezorientacji

Koalescencja polega na wspinaniu dyslokacji lub obrocie
jednego z sąsiadujących podziaren

Zarodkowanie przez migrację odcinków

szerokokątowych granic ziaren

pierwotnych

W silnie zdefektowaną osnowę przemieszcza się
granica szerokokątowa w wyniku uchodzenia do niej
wakansów i dyslokacji

Zarodkowanie przez migrację odcinków szerokokątowych
granic ziaren pierwotnych przebiega głównie w
metalach, w których po odkształceniu plastycznym na
zimno nie występuje wyraźna komórkowa podstruktura
dyslokacyjna, np. w metalach po odkształceniu
plastycznym na zimno z małym gniotem, bliskim
krytycznemu. Przy większym stopniu gniotu wielkość
ziaren jest mniejsza, co jest wynikiem wzrostu szybkości
zarodkowania, głównie przez wzrost podziaren.

Rekrystalizacja pierwotna

-Polega na migracji szerokątowych granic
zarodków rekrystalizacji do chwili, gdy
zrekrystalizowane ziarno zajmie całą objętość
uprzednio odkształconego plastycznie metalu

-Siłą napędowa jest energia zmagazynowana w
odkształconym metalu

Temperatura rekrystalizacji

-pojęcie umowne, praktycznie za temperaturę

rekrystalizacji przyjmuje się temperaturę, w

której metal odkształcony plastycznie na zimno

ulega rekrystalizacji w ciągu 1 h.

-

T

R

= (0,350,6) T

t

- można ją wyznaczyć z poniższych krzywych

-

zależy od

stopnia gniotu,
temperatury i
szybkości
odkształcenia
plastycznego,
czasu
wyżarzania,
wielkości ziarna

Normalny wzrost ziaren

-po rekrystalizacji, w czasie dalszego
wyżarzania ma miejsce wzrost ziaren w wyniku
migracji szerokokątowych granic ziaren
utworzonych w czasie rekrystalizacji

-wielkość ziaren powstałych w wyniku wzrostu
jest statystycznie jednorodna

Rekrystalizacja wtórna:

-selektywny wzrost niektórych ziaren, w wyniku
zahamowania wzrostu innych, spowodowany
obecnością obcych faz na granicach, a także
teksturą zgniotu

-zachodzi zwykle w temperaturach znacznie
wyższych od temperatury rekrystalizacji, w
wypadku stali o około kilkuset stopni Celsjusza

-nie jest związana z tworzeniem zarodków
rekrystalizacji