05.03.08

SiMR Gr 1.2

Elżbieta Paulina Szafran

Bartłomiej Milanowski

Marcin Mydłowski

LABORATORIUM MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Temat ćwiczenia:

ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE I REKRYSTALIZACJA

1. Wstęp teoretyczny

1.1 Odkształcenie materiału

Cechą metalu odkształconego jest jego umocnienie. W praktyce objawia się to wzrostem oporu metalu przy dalszym odkształceniu. Odkształcenie przeprowadzone powyżej temperatury rekrystalizacji (obróbka plastyczna na gorąco) nie powoduje umocnienia metalu. Odkształcenie przeprowadzane natomiast w temp. Poniżej temp. Rekrystalizacji (obróbka plastyczna na zimno) nastepuje umocnienie wywołane zmianami mikrostruktury i stanem naprężeń pod wpływem odkształcenia. Całokształt tych zmian nazywany jest zgniotem. W procesie odkształcenia wzrasta w materiale gęstość defektów struktury krystalicznej a głównie dyslokacji. Pod wpływem naprężeń ich generacja. Dyslokacje, którym istnieniu zawdzięcza się realizację mechanizmów poślizgu, przy wzrastającej gęstości zaczynają sobie nawzajem przeszkadzać, a szczególnie ma to miejsce, gdy w procesie odkształcenia uruchomionych jest jednocześnie kilka systemów poślizgu, nie leżących w jednej płaszczyźnie. Powoduje to nierównomierny rozkład dyslokacji, a przy dużych odkształceniach prowadzi do tworzenia się struktury komórkowej, w której wolne od dyslokacji niewielkie objętości metalu oddzielone są ściankami splątanych dyslokacji. W strukturze takiej swobodne drogi ruchu dyslokacji sa już niewielkie i materiał osiąga dość szybko wzrost umocnienia.

• Odkształcenie Sprężyste

Ma charakter nietrwały i następuje pod wpływem działania siły zewnętrznej , a po jej usunięciu materiał powraca do stanu wyjściowego. Istotą odkształcenia sprężystego jest to, iż obciążenie zewnętrzne powoduje sprężyste przesuniecie się atomów z położenia równowagi.

• Odkształcenie plastyczne

Jest to odkształcenie stałe następuje wtedy gdy pod wpływem naprężeń zostanie przekroczona granica sprężystości. Miara odkształcenia jest stosunek zmniejszenia pola przekroju poprzecznego ,do pola tego przekroju przed odkształceniem, wyrażony w procentach.

1.2 Mechanizmy odkształcenia plastycznego

Mechanizmami odkształcenia plastycznego są:

Poślizg - polegają cyna przemieszczaniu się jednej części kryształu względem drugiej po określonych płaszczyznach krystalograficznych zwanych płaszczyznami poślizgu, dzięki ruchowi dyslokacji poruszających się w tych płaszczyznach sieciowych wzdłuż określonych kierunków.

Bliźniakowanie: polega na obrocie sieci krystalograficznej jednej części kryształu o powiem kąt względem drugiej w taki sposób ,że obie części uzyskają położenie symetryczne.

1.3 Rekrystalizacja

Rekrystalizacją nazywa się zespół procesów związanych z ruchem granic ziarn, wzrostem ziarn i zmianą ich orientacji, zachodzących w metalu uprzednio odkształconym na zimno a następnie wygrzewanym w odpowiedniej temperaturze.

Wyróżniamy trzy etapy rekrystalizacji

1. Rekrystalizacja pierwotna

2. Rozrost ziarna

3. Rekrystalizacja wtórna

Temperatura rekrystalizacji

Temperatura rekrystalizacji to temperatura, w której materiał odzyska swoje właściwości które posiadał przed odkształceniem w ciągu jednej godziny.

Temperatura ta jest charakterystyczna dla danego metalu lub stopu i zależy głównie od dwóch czynników:

• uprzedniego stopnia odkształcenia plastycznego, tj. im wyższy był jego stopień, tym niższa będzie temperatura rekrystalizacji

• czystości metalu

Temperatura rekrystalizacji dla stopów jest wyższa niż dla metali technicznie czystych i w niektórych przypadkach dochodzi do 0,8 Ttop. Natomiast dla metali o wysokiej czystości temperatura rekrystalizacji jest bardzo niska i wynosi 0,1 - 0,2 Ttop. Wartości te są słuszne w przypadku dużych stopni odkształcenia plastycznego, natomiast dla małych odkształceń plastycznych mogą być znacznie wyższe.

1.4 Twardość metali

Twardość metali - cecha metali świadcząca o podatności lub odporność na odkształcenia powierzchni, zgniecenie jej lub zarysowanie, pod wpływem zewnętrznego nacisku.

Twardością określa się odporność materiału na odkształcenia trwałe, które powstają pod wpływem sił skupionych, działających na małą powierzchnię materiału, wywołanych przez wciskanie odpowiedniego wgłębnika. Twardość nie jest stałą materiałową, a więc porównywanie twardości jest możliwe w zakresie tylko jednej metody.

Twardość materiałów jest wartością pozwalającą na określenie zmian zachodzących od powierzchni w głąb materiału.

1.5 Skale trwardości

Wyróżniamy 3 podstawowe skale do obliczania twardości:

• Skala twardości Brinella - skala oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Brinella. Twardość w skali Brinella oznacza się HB i leży w zakresie od 3 do 600.

W metodzie pomiary twardości Brinella, w próbkę metalu wciska się kulkę z węglików spiekanych. Średnica kulki (1 do 10 mm), czas oraz siła docisku, zależy od rodzaju materiału i grubości próbki.

• Skala twardości Rockwella - Twardość w skali Rockwella oznacza się HR. Stosowanych jest kilka odmiennych skal, z których każda przeznaczona jest dla odmiennych stopów metali:

• Skale C i A stosuje się dla stali hartowanych.

• Skale B i F stosuje się dla stali niehartowanych i metali nieżelaznych

• Skale N i T stosuje się w przypadkach, gdy badana próbka posiada niewielkie rozmiary lub jest bardzo cienka.

Przy podawaniu twardości określanej w skali Rockwella, w symbolu uwzględnia się metodę, np. HRC dla metody C. Zakres skali Rockwella wynosi od 20 dla miękkich stopów do 100 dla stali hartowanej.

Metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego wzorcowym stożkiem diamentowym (o kącie wierzchołkowym 120°) dla skali C, A i N lub stalowej, hartowanej kulki o średnicy 1,5875 mm (1/16") w metodach B, F i T przy użyciu odpowiedniego nacisku.

• Skala twardości Vickersa - skala oznaczania twardości metali na podstawie testu dokonanego metodą Vickersa. Twardość w skali Vickersa oznacza się HV i leży w zakresie od 80 do 700.Pomiaru twardości metodą Vickersa dokonuje się diamentową czworościenną piramidą o kącie rozwarcia pomiędzy ścianami 136°. Nacisk dobierany jest od 1 do 100 kilogramów siły.

2. Ćwiczenie praktyczne

2.1 Cel ćwiczenia

Wyznaczenie temperatury rekrystalizacji dla mosiądzu jednofazowego po dwukrotnym zgniocie dla meteriału 30% i 60% poprzesz wykonanie pomiaru twardości metodą Rockwella HRB.

2.2 Przebieg Ćwiczenia

• porównanie mikrostruktur obu materiałów ( 30% i 60%)

• pomiar twardości dla próbek z różnych temperatur

• zapis i analiza otrzymanych wyników

• wyznaczenie temperatury rekrystalizacji

2.2 Wyniki obserwacji

Analiza mikrostruktur

30%	60%
znacznie więcej struktur bliźniaczych W wyniku odkształcenia plastycznego na zimno nastąpiła rekrystalizacja pierwotna a następnie rozrost ziaren	mniej struktur bliźniaczych W wyniku odkształcenia plastycznego na zimno najpierw rekrystalizacja pierwotna a następnie rekrystalizacja wtórna

Wyniki pomiarów

Pomiary dla próbki 30%

Temperatura	HRB			HRB średnie
20°	84	85	-	84,5
220°	83	83	-	83
280°	62,5	65	65	64,17
340°	60	63	60	61
400°	54,5	52	53,5	53,33
470°	50	49	-	49,5
550°	45	42	-	42

Pomiary dla próbki 60%

Temperatura	HRB			HRB średnie
20°	88	90	90	89,33
220°	92	92	-	92
280°	75	78,5	76	76,5
340°	61	60	62	61
400°	50	52	49	50,33
470°	38	35	42	38,33
550°	38	38	-	38

3. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów zauważamy znaczącą różnicę w twardości obu rodzajów materiału w zależności od temperatury. W obu przypadkach twardość materiału znacząco się obniża wraz ze wzrostem temperatury.

4

---