Zgniot i rekrystalizacja.doc

1.      WSTĘP TEORETYCZNY

1.1 Siły zewnętrzne działające na metal powodują jego odkształcenie. W zależności od wielkości sił i od rodzaju metalu może on ulegać odkształceniom sprężystym lub odkształceniom plastycznym. Jeżeli na metal działają siły, wywołujące naprężenia niższe od granicy sprężystości, to spowodują one odkształcenia sprężyste, które zanikną po zdjęciu działającej siły. Jeśli naprężenia, powstałe wskutek przyłożonej siły, przekroczą granicę sprężystości metal nie powróci już do poprzedniego kształtu. Wtedy pod wpływem działania takiej siły nastąpi jego odkształcenie plastyczne. Zdolność do odkształcania plastycznego jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech metali, która jest szeroko wykorzystywana w wielu operacjach obróbki plastycznej, jak np. walcowanie na zimno, przeciąganie, tłoczenie itp.

1.2 Odkształcenie plastyczne na zimno następuje przez poślizg lub bliźniakowanie. Poślizg jest to przesunięcie się jednej części kryształu względem drugiej. Poślizg w metalach zachodzi w określonych płaszczyznach oraz kierunkach. Kombinacja płaszczyzny poślizgu i kierunku poślizgu nazywana jest system poślizgu. Płaszczyzna poślizgu przy odkształcaniu na zimno jest zwykle płaszczyzną kryształu najgęściej obsadzona atomami, a kierunkiem poślizgu - kierunek o największej gęstości atomów. Bliźniakowanie polega na obrocie i przesunięciu części kryształu wzdłuż określonego kierunku w taki sposób, aby ułożenie atomów w części przesuniętej było lustrzanym odbiciem ułożenia atomów w części nie przesuniętej.

1.3 Zgniot – całość zmian własności fizycznych, chemicznych i mechanicznych metali i stopów, wywołanych odkształceniem plastycznym „na zimno”, tj. poniżej temperatury rekrystalizacji.

Miary zgniotu:  ε =  (Δl / l0 ) •100%   ψ = (ΔS/S) •100%

Zmiany własności fizycznych i mechanicznych wywołane zgniotem, wyrażające umocnienie metalu, jak również makro i mikroskopowe objawy zgniotu zachowują się w materiale tylko wtedy, kiedy odkształcenie plastyczne następuje poniżej charakterystycznej dla każdego metalu temperatury rekrystalizacji, którą w przybliżeniu można określić ze wzoru

Tr = (0.35 - 0.6) Tt.....[K]

gdzie: Tr - temperatura rekrystalizacji; Tt - bezwzględna temperatura topnienia.

1.4 Rekrystalizacja – proces zarodkowania i rozrastania się nowych nieodkształconych ziaren w odkształconym na zimno ciele stałym, np. metalu (zgniot), wskutek wygrzewania go w pewnej określonej, charakterystycznej dla danego materiału temperaturze (w przypadku metali temperaturze wyższej od temperatury zdrowienia), aż do całkowitego zastąpienia wszystkich ziaren odkształconych przez nowe. Najniższa temperatura, w której zachodzi proces rekrystalizacji, jest zwana temperaturą rekrystalyzacji. Zależy ona m.in. od stopnia zgniotu (im większy zgniot, tym niższa temperatura rekrystalyzacji) i od czystości materiału. Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne zmiany właściwości mechanicznych: maleje twardość i wytrzymałość materiału oraz wzrasta jego plastyczność aż do wartości właściwych dla stanu przed zgniotem. W przypadku metali żądaną wielkość ziarna po rekrystalizacji uzyskuje się przez właściwy dobór wielkości zgniotu oraz temperatury i czasu wyżarzania (rekrystalizującego). Proces rekrystalizacji wykorzystuje się praktycznie, m.in. do usuwania niepożądanego umocnienia wywołanego przez zgniot, uniemożliwiającego dalszą przeróbkę plasyczną lub dla uzyskania określonej wielkości ziarna.

                                                  Rys. 2. Zmiana właściwości  przy rekrystalizacji.

1.5  Zdrowienie

W czasie wygrzewania odkształconego plastycznie metalu można zaobserwować, że w pewnej temperaturze następuje usunięcie zniekształceń sieci krystalicznej.

Zanikowi zniekształceń sieci krystalicznej towarzyszy częściowe usunięcie skutków

odkształcenia plastycznego. Następuje pewne podwyższenie przewodności elektrycznej oraz

częściowy spadek umocnienia. Minimalna temperatura, w której można stwierdzić te zjawiska, określana jest jako temperatura zdrowienia.

Proces zdrowienia związany jest ze zmianą rozmieszczenia i gęstości defektów sieci

krystalicznej, głównie wakansów i dyslokacji. W odkształconym na zimno metalu istnieje gęsta sieć dyslokacji, która powstała w wyniku poślizgów i wzajemnego oddziaływania dyslokacji. W czasie zdrowienia następuje przemieszczanie i zmiana uporządkowania dyslokacji, co powoduje zmniejszenie energii zmagazynowanej w odkształcanej sieci. Proces ten jest aktywowany cieplnie.

2.      CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest ustalenie wpływu wielkości odkształcenia na wielkość ziarna po rekrystalizacji.

3.      WYKONANIE ĆWICZENIA

Do wykonania ćwiczenia używa się 5 próbek aluminiowych o długości l = 120mm. Na każdej z nich oznacza się początkową długość pomiarową l0 = 50mm.

Poszczególnym próbkom, oznaczonym numerami 1 – 5 nadaje się wydłużenie 2, 4, 7, 10 i 15%. Odkształcone próbki zamieszcza się w piecu o temperaturze około 500°C na 30 minut. Następnie próbki należy ostudzić w powietrzu i wytrawić odczynnikiem o składzie: 9 części HCl, 3 części HNO3, 2 części HF i 5 części H2O, w celu ujawnienia makrostruktury. Następnie określa się ilość ziaren na jednostkę powierzchni próbki i oblicza średnią powierzchnię ziaren.

Tabela 1

            3.1 Obliczenia:

a) Wydłużenie ∆l

ε =  (Δl / l0 ) •100%        →           Δl = (ε • l0 ) / 100%

b) Średnia powierzchnia ziaren ā

ā = powierzchnia / liczba ziaren

3.2 Wykres:

Na podstawie uzyskanych wyników sporządza się wykres wielkości ziarna po rekrystalizacji w zależności od wielkości odkształcenia. Z wykresu odczytuje się wartość zgniotu krytycznego.

...