Пластическая деформация металлов
Национальный исследовательский
Томский Политехнический Университет.
Отчет по лабораторной работе №3:
«Пластическая деформация, наклеп и рекристаллизация металлов».
Выполнил студент группы 1Д10
Васнев Николай Александрович
Проверил преподаватель
Чинков Евгений Петрович
Томск – 2012
Цель работы:
1. Изучить влияние пластической деформации на структуру и механические свойства металлов.
2. Изучить влияние нагрева на свойства деформированного металла.
Оборудование и материалы для выполнения работы:
1. Нагревательные печи с термопарами и автоматическими приборами для регулирования температуры.
2. Пневматический ковочный молот.
3. Твердомеры Бринеля ТШ-2.
4. Образцы технически чистой меди.
Программа работы:
1. Ознакомиться с основными положениями работы.
2. Выполнить в соответствии с заданием экспериментальную часть работы.
3. Проанализировать полученные результаты и на основании теоретического материала сделать необходимые выводы.
Теоретическая справка:
Пластическая деформация металлов
Важнейшим и наиболее характерным свойством металлов является пластичность – способность претерпевать большую деформацию без разрушения. В сочетании с высокой прочностью это свойство делает металлы незаменимыми для современной техники. Если деформация металлов исчезает после снятия нагрузки, то это упругая деформация, а если остается, то этопластическая деформация.
При упругом деформировании под действием внешней силы изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину изменения межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места, и деформация исчезает.
Значительно более сложный процесс представляет собой пластическое деформирование, которое осуществляется при напряжениях, больших предела упругости металла.
В конечном итоге пластическая деформация представляет собой сдвиг одной части кристалла относительно другой. Каков же механизм пластического сдвига? Естественно предположить одновременное смещение всех атомов одного слоя по отношению к атомам соседнего слоя по плоскости сдвига ММ (рис. 1), – так скользят бумажные листы в пачке бумаги при сдвиге ее верхней части.
Объяснение реального механизма сдвиговых процессов дает теориядислокаций– особого рода линейных несовершенств (дефектов) кристаллической решетки. Представления о дислокациях были введены в металлофизику для того, чтобы объяснить несоответствие между наблюдаемой и теоретической прочностью и описать атомный механизм скольжения при пластической деформации кристаллов.
Наиболее простой и наглядный способ образования дислокаций в кристалле – сдвиг (рис. 2, а). Если сдвиг произошел только в части плоскости скольжения и охватывает площадку ABCD, то граница AB между участком, где скольжение уже произошло, и ненарушенным участком в плоскости скольжения и будет дислокацией. Атомная плоскость, перпендикулярная к плоскости скольжения и проходящая через AB, является как бы лишней и ее называют экстраплоскостью, а дислокацию AB – краевой дислокацией,обозначаемой знаком ^. Возможны и другие виды дислокаций, например, винтовая (рис. 3, а) или смешанная (рис. 4, а).Винтовая дислокация получила свое название из-за того, что кристалл при этом можно считать состоящим из одной атомной плоскости, закрученной по винтовой поверхности вокруг дислокации AB (рис. 3, а). Нетрудно видеть, как движение дислокаций через кристалл вызывает остаточную деформацию кристалла (рис. 2-4 б, в, г). Перемещение дислокаций происходит по схеме, изображенной на рис. 5, из которого видно, что при перемещении дислокации на одно межатомное расстояние каждый атом экстраплоскости и плоскости в нижней части кристалла перемещается на значительно меньшую величину. При поочередном, эстафетном перемещении атомов на расстояния меньше межатомного, дислокация скользит на большие расстояния через весь кристалл. Если при одновременном сдвигеверхней части кристалла по отношению к нижней необходимо преодолеть межатомные связи между всеми граничными атомами по обе стороны от плоскости скольжения (см. рис. 1), то при перемещении дислокации в соседнее положение разрываются межатомные связи только между двумя цепочками атомов (рис. 5).
Интересно, что и в живой природе используется дислокационный принцип движения, например, змеи и гусеницы обычно ползают за счет образования складки («положительной дислокации») около хвоста и продвижения этой складки в сторону головы.