ODKSZTAŁCANIE W WARUNKACH NADPLASTYCZNOŚCI
1.Zjawisko nadplastyczności w materiałach- charakterystyka, mechanizm, warunki
2.Cechy materiałów nadplastycznych
3.Metody wyznaczania parametru m
4.Materiały wykazujące nadplastyczność

KUCIE NA PÓŁGORĄCO
Ogólna charakterystyka procesu
Zakres temperaturowy procesu (dolna i górna temperatura) od czego zależy
Wpływ temperatury na odkształcalność graniczną stali
Wpływ parametrów odkształcenia (temperatura, prędkość odkształcenia) na opór odkształcenia plastycznego
Wpływ kucia na półgorąco na własności i strukturę stali

1.Zjawisko nadplastyczności w materiałach- charakterystyka, mechanizm, warunki:

Nadplastycznością nazywamy zdolność materiałów do podlegania wielkim odkształceniom plastycznym bez

naruszenia wewnętrznej spójności, pojawiających się w wysokich temperaturach homologicznych pod wpływem naprężeń, których wielkość jest wyjątkowo niska i silnie zależna od prędkości odkształcenia.

Najczęściej mechanizm odkształcenia nadplastycznego wyjaśnia się przyjmując, że proces zależy od odkształcenia zachodzącego w ziarnach (teorii odkształcenia śródkrystalicznego) oraz przyjmując założenie, że decydującym mechanizmem odkształcenia jest poślizg na granicach ziarn (teorie odkształcenia międzykrystalicznego). Podstawowymi warunkami, które muszą być spełnione w celu uzyskania dużych odkształceń, charakteryzujących stan nadplastyczny są:

• odpowiednia temperatura,

• prędkość odkształcenia,

• wielkość ziarna.

W celu uzyskania stanu nadplastycznego wymagane jest, aby ziarna były równoosiowe o wielkości 1 – 2 μm (wymiary ziarn w zwykłych odkształconych metalach wynoszą 10 – 100 μm). Temperatura, w której przejawia się stan nadplastyczny, zwykle znajduje się blisko temperatury przemian fazowych. Oprócz temperatury i wielkości ziarna stopu duży wpływ na efekt nadplastyczności ma również prędkość odkształcenia.

2.Cechy materiałów nadplastycznych:

• Duże wydłużenie względne i równomierność odkształcenia (np. w próbie rozciągania),

• Silną zależność własności od temperatury,

• Wysoka czułość na prędkość odkształcenia,

• Charakterystyczna drobnoziarnista mikrostruktura,

• Równoosiowość ziarn w całym cyklu odkształcenia,

• Odwracalność stanu nadplastycznego,

3.Metody wyznaczania parametru m:

Istnieje kilka metod pomiaru parametru m, a niektóre z nich oparte są o próbę rozciągania. Wyznaczenie parametru m dokonuje się w oparciu o zarejestrowaną krzywą rozciągania, uzyskaną podczas odkształcania ze skokowo zmienną prędkością, co przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Przedstawienie krzywej rozciągania do wyznaczania parametru m; F – siła rozciągania, t – czas,

v1 – mniejsza prędkość rozciągania, v2 – większa prędkość rozciągania.

Spośród kilku metod do wyznaczania parametru m z próby rozciągania można

wyróżnić dwie:

-Pierwsza metoda polega na pomiarze sił w dwóch punktach A i B. Zakłada się, że nie zachodzą żadne zmiany strukturalne w czasie odkształcenia plastycznego oraz pomija wpływ zmian prędkości odkształcenia na parametr m. Zmiana obciążenia w funkcji czasu przedstawiona na wykresie (rys. 1) powstaje w wyniku skokowej zmiany prędkości rozciągania z v1 na v2. Rozciąganie z większą prędkością prowadzi się do momentu uzyskania stanu ustalonego – punkt A. W celu wyznaczenia parametru m dokonuje się ekstrapolacji krzywej do mniejszej prędkości rozciągania do punktu B, który odpowiada takiemu samemu odkształceniu, jak uzyskanemu przy większej prędkości rozciągania w punkcie A. Zakładając, że zmiana tego parametru w obszarze pomiaru jest niewielka, można opisać:

-Druga metoda polega na wyznaczeniu siły w punktach F i F’. Punkty te odpowiadają początkowemu przyrostowi (lub spadkowi) obciążenia wymaganego przez mikrostrukturę do zaakomodowania zmiany prędkości odkształcenia. Według tej metody m oblicza się ze wzorów:

Zaletą drugiej metody jest bardzo małe odkształcenie potrzebne do otrzymania ustalonych warunków rozciągania.

4.Materiały wykazujące nadplastyczność:

· stopy niskotopliwe, wykazujące nadplastyczność w temperaturze pokojowej, których możliwość zastosowania, jako materiałów konstrukcyjnych jest ograniczona;

· średniotopliwe, dla których efekt nadplastyczności występuje w temperaturze 200 -

500ºC, są one najchętniej wykorzystywane ze względu na łatwość uzyskania

odpowiednich warunków technologicznych w procesach przeróbki plastycznej,

a dodatkową zaletą tych stopów są dobre własności wytrzymałościowe w temperaturze

pokojowej. Istnieje możliwość poprawienia własności tych stopów, np. wprowadzenie do stopu ZnAl22 około 1%Cu, co powoduje 140 krotne podwyższenie odporności na

pełzanie w temperaturze otoczenia, przy niezmienionych własnościach nadplastycznych w temperaturze kształtowania plastycznego;

· wysokotopliwe – wykazujące własności nadplastyczne powyżej 500ºC, do tej grupy należą stale, stopy żarowytrzymałe, stopy używane w przemyśle lotniczym, kosmicznym, cermetale itp.. Ze względu na wysoką temperaturę wymaganą w procesie kształtowania tych stopów, napotyka się szereg trudności technicznych, które są główną przyczyną ich niewielkiego wykorzystania.