TECHNOLOGIA MATERIAŁÓW METALICZNYCH - LABORATORIUM		2010/2011
Gałek Dariusz, Kowaleczko Krzysztof		Rok III	Grupa 2
			Zespół 4
Numer Ćwiczenia 2	Odkształcenia plastyczne jednorodne i niejednorodne	Ocena

I. Cel ćwiczenia

Praktyczna identyfikacja jednorodnej i niejednorodnej makroskopowo deformacji plastycznej metali oraz skutków niejednorodnej deformacji.

II. Wstęp teoretyczny

Odkształcenie plastyczne

Trwałe odkształcenie metali bez naruszania ich spójności nazywamy odkształceniem plastycznym. W czasie odkształcenia plastycznego na zimno, to jest w temperaturze poniżej tzw. rekrystalizacji zachodzą zmiany w budowie krystalicznej, które powodują zwiększenie własności wytrzymałościowych i obniżenie własności plastycznych. Całokształt zmian tych własności nosi nazwę zgniotu. Zjawisko zgniotu występuje jedynie trwale jako skutek przeróbki plastycznej na zimno, gdyż podczas przeróbki plastycznej na gorąco zgniot zanika w bardzo krótkim czasie. Dlatego na ogół pomija się jego krótkotrwałe występowanie i przyjmuje się, że podczas przeróbki plastycznej na gorąco zgniot w ogóle nie występuje.

Mechanizm odkształceń plastycznych

Zdolność metali do odkształceń plastycznych jest ściśle związana z ich krystaliczną budową. Większość metali krystalizuje w układach: regularnym płaskocentrycznym A1, regularnym przestrzennie centrycznym A2 i heksogonalnym zwartym A3 (rys. 1).

Odkształcenie plastyczne odbywa się poprzez poślizg w płaszczyźnie krystalograficznej (rys. 2) lub też poprzez bliźniakowanie (rys. 3). Poślizg odbywa się w płaszczyznach krystalograficznych – najgęściej obsadzonych atomami. Ponieważ poszczególne płaszczyzny krystalograficzne obsadzone są różną ilością atomów, w krysztale występuje niejednorodność własności mechanicznych, badana w różnych kierunkach. Niejednorodność tę nazywamy anizotropią. Anizotropia silnie uwidacznia się w monokryształach.

Rys. 1. Płaszczyzny i kierunki poślizgu w sieciach przestrzennych: a) płaskocentrycznej A1,

b) regularnej przestrzennocentrycznej A2, c) heksagonalnej A3

Rys. 2. Odkształcenie plastyczne wskutek poślizgu: a) sieć kryształu nie odkształconego, b) przemieszczenie

na jednej płaszczyźnie poślizgu, c) przemieszczenie w trzech sąsiednich płaszczyznach poślizgu

W technice stosowane są przeważnie metale o budowie polikrystalicznej, w których na ogół anizotropii nie obserwuje się. Ujawnia się ona jednak po przeróbce plastycznej. Odkształcenie plastyczne powoduje wydłużenie poszczególnych ziarn w kierunku płynięcia materiału (rys. 4). Wydłużaniu się ziarn towarzyszy uporządkowanie ich osi krystalograficznych, charakteryzujące się równoległością określonych płaszczyzn i kierunków krystalograficznych poszczególnych ziarn. Taka sieć o statystycznie uporządkowanych regularnej przestrzennocentrycznej kierunkach płaszczyzn krystalograficznych nazywana jest teksturą. Odkształcenie ziarn wywołuje zmianę własności mechanicznych oraz powoduje niejednorodność własności w kierunku podłużnym i poprzecznym do kierunku płynięcia materiału. Szczególnie silna zmiana własności mechanicznych występuje po obróbce plastycznej na zimno.

Rys. 3. Schemat odkształceń plastycznych w krysztale metalu przez tworzenie kryształów

bliźniaczych: a) sieć kryształu nie odkształconego, b) stan przejściowy, c) stan końcowy

Rys. 4. Schemat zmiany struktury pod wpływem wzrastającego zgniotu w metalu

polikrystalicznym: a) struktura w stanie wyżarzonym, b,c) po różnym stopniu zgniotu

III. Przebieg ćwiczenia

1. Próbkę walcową przeciąć wzdłużnie i zmierzyć na przekroju twardość HB w różnych miejscach.

2. Ocenić kształt próbek H_o (z podcięciem i bez podcięcia) po odkształceniu G = 50% z ćwiczenia nr 1.

3. Przeciąć wzdłużnie próbki H_o (z podcięciem i bez podcięcia) po odkształceniu G = 50% z ćwiczenia nr 1 i zmierzyć na przekroju twardość HB w różnych miejscach.

IV. Opracowanie wyników

1. Schemat aparatury i urządzeń stosowanych podczas ćwiczenia.

Rys. 5. Maszyna wytrzymałościowa Rys. 6. Twardościomierz

2. W oparciu o uzyskane dane doświadczalne wyznaczyć:

   - kształt próbek spęczonych jednorodnie i niejednorodnie

   - mapy rozkładu twardości na przekrojach wzdłużnych

Rys. 7. Mapa rozkładu twardości badanej próbki (wartości dla zaznaczonych pól

zostały przedstawione w tabeli dołączonej do sprawozdania)

V. Dyskusja wyników i wnioski

Rys. 7. Zmiana kształtu próbki

Badane próbki pod wpływem działania siły ściskającej uległy deformacji. Zauważalna jest zmiana kształtu próbki z walcowego na baryłkowaty – próbka spęczona. Zatem można by rzec, że mamy do czynienia z odkształceniem plastycznym makroskopowo jednorodnym – jednak po wzdłużnym przecięciu badanej próbki zaobserwowano niejednorodność struktury materiału.

W oparciu o przeprowadzony pomiar twardości w trzech miejscach próbki (pola 1, 2, 3 zaznaczone na mapie rozkładu twardości – rys. 7) i oznaczeniu ich wartości na mapie rozkładu twardości, najwyższą twardość stwierdzono w centralnej części badanej próbki (pole nr 1).

Wraz ze wzrostem odkształcenia plastycznego, określonego przez stopień zgniotu, ulegają zmianie własności mechaniczne metalu. Zmiana tych własności nosi ogólną nazwę umocnienia, gdyż wzrastają wówczas: wytrzymałość na rozciąganie R_m, granica plastyczności R_e oraz twardość HB. Maleje natomiast udarność KC oraz zanika zdolność do odkształceń plastycznych, co wyraża się spadkiem wydłużenia i przewężenia.

Oprócz zmian własności mechanicznych, zgniot wywołuje zmianę niektórych własności fizycznych, np. przewodności elektrycznej, gęstości itp.

Umocnienie polega na tym, że odkształcenie plastyczne zwiększa liczbę defektów w sieci, a w miarę jego postępowania powoduje coraz silniejsze blokowanie deformacji; aby je dalej kontynuować, trzeba stosować większe obciążenia. Jasne to jest, jeżeli pamiętamy o przeszkodach, na jakie napotykają dyslokacje w swoim ruchu. Zjawisko umocnienia występuje zarówno w mono – jak i w polikryształach i zależy zarówno od szybkości odkształcenia, jak i od temperatury. W przypadku polikryształu wzmocnienie przebiega zawsze wyraźniej, gdyż dodatkowo dochodzi element przeszkody dla ruchu dyslokacji w postaci granic ziarn.