Технология конструкционных материалов: свойства металлов, пластическая деформация меди, диаграмма состояния

Вопрос № 2. Какая температура разделяет районы холодной и горячей пластической деформации и почему ? Рассмотрите на примере меди .
Ответ:
Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.
Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил.
Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.
В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.
Холодная деформация характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом). Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, в то время как характеристики пластичности снижаются. Металл становится более твердым, но менее пластичным. Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличения искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопления дислокаций у границ зерен). Изменения, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла, не необратимы. Они могут быть устранены, например, с помощью термической обработки (отжигом).
Горячая деформация — деформация кристаллического материала при температуре рекристаллизации или несколько выше.
Рекристаллизация-это процесс, при котором деформированные зерна заменяются новым набором бездефектных зерен, которые зарождаются и растут до тех пор, пока исходные зерна не будут полностью израсходованы.
Рекристаллизация обычно сопровождается снижением прочности и твердости материала и одновременным повышением пластичности.
Горячая деформация характеризуется таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекристаллизация успевает произойти во всём объёме заготовки. Кристаллическая структура материала после обработки давлением оказывается практически равноосной, без следов упрочнения.
Итог: исходя из информации выше, мы имеем, что при горячей деформации пластичность металла выше, чем при холодной. Поэтому горячую деформацию целесообразно применять при обработке трудно- деформируемых металлов и сплавов, а также заготовок из литого металла (слитков). В то же время при горячей деформации окисление заготовки более интенсивно (на поверхности образуется слой окалины), что ухудшает качество поверхности и точность получаемых размеров.
Температура рекристаллизации меди ~200°С, соответственно, пластическая деформация выше, либо равной указанной температуры будет горячей деформацией меди, и наоборот, что ниже данной температуры – холодной деформацией меди.
Холодная деформация несколько снижает электропроводность меди, заметно повышает - прочностные свойства и резко ухудшает пластичность.
Температура 200°С будет являться разделительной чертой между холодной и горячей деформацией меди, т.к. данная температура является температурой рекристаллизацией меди.


Вопрос 3. Вычертите диаграмму состояния «железо – карбид железа», укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы , опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава , содержащего 4,3 % C. Какова структура этого сплава при комнатной температуре , и как такой сплав называется ?
Ответ:

Рисунок 2. Диаграмма состояния железо – углерод, с кривой охлаждения для сплава содержащего 4,3 % углерода.

Сплав с содержанием углерода 4,3 % называется эвтетическим чугуном. Его структура при комнатной температуре – ледебурит
Согласно правилу фаз Гиббса C = K-Ф+1 , что равно C = 2 – 3 +1 = 0, то есть система нонвариантная . Данные 3 фазы могут существовать только при постоянной температуре.