Лабораторная работа №3. Влияние легирования на деформационное упрочнение

Влияние легирования на деформационное упрочнение

3.1. Цель работы: научить студентов анализировать причины различий кривых деформации сплавов разного состава.

3.2. Теоретическое введение

При низких температурах основные эффекты влияния растворенных атомов примесей или регулирующего элемента и частиц избыточных фаз на кривые деформации монокристаллов иллюстрирует рисунок 3.1.

1- чистый металл;

2- твердый раствор;

3- твердый раствор с избыточной фазой

Рис.3.1. Влияние легирования на кривые деформационного упрочнения:

При образовании твердого раствора наблюдается повышение критического скалывающего напряжения и в целом уровни напряжений течения, удлинение стадии легкого скольжения, увеличение коэффициента деформационного упрочнения на второй и особенно на третей стадиях. Рост критического скалывающего напряжения связан с увеличением сил трения при скольжении дислокаций в решетке с наличием инородных атомов. Величина этого прироста определяется концентрацией твердого раствора и параметрами несоответствующих размеров атомов и модулей упругости основы и добавки.

Увеличение протяженности стадии легкого скольжения есть результат затруднения начала скольжения в новых плоскостях из-за роста в твердом растворе критического напряжения сдвига во всех системах. Особенно важным являются повышение напряжения перехода к III стадии и увеличение здесь коэффициента упрочнения. Этот эффект объясняется затруднением поперечного скольжения дислокаций в результате легирования из-за уменьшения энергии дефектов упаковки, увеличения сил трения, а иногда, упо­рядочения. В результате коэффициент упрочнения и уровень напряжений течения поликристаллических твердых растворов оказываются более высо­кими, чем у чистого металла.

Количественно разница уровней напряжения течения и коэффициентов деформационного упрочнения поликристаллов чистого металла и твердого раствора определяется типом кристаллической решетки и степенью различия таких параметров, как гомологическая температура, энергия дефектов упа­ковки, размерное и электрохимическое несоответствие атомов растворите­ля и добавки, степень упорядочения и др.

Чем выше температура испытания, тем менее значительны эти различия твердых растворов и чистых металлов. При горячей деформации основным фактором становится энергия дефектов упаковки. При легировании она уменьшается и, следовательно, растет вероятность динамической рекри­сталлизации с соответствующим изменением характера кривых деформации.

Легирование, вызывающее образование частиц избыточных фаз, сущест­венно влияет на деформационное упрочнение во всем диапазоне гомологических температур. Легирующие элементы, вызывающие образование таких частиц, усиливает деформационное упрочнение с самого начала пластической деформации. При наличии большого числа дисперсных частиц стадия легкого скольжения может быть полностью подавлена и тогда кривые деформации моно- и поликристаллов становятся качественно аналогичными.

Частицы второй фазы затрудняют как. консервативное скольжение дисло­каций, так и переход их в новые плоскости путем поперечного скольжения и переползания. Поэтому они вызывают увеличение коэффициентов упрочне­ния и напряжений течения на всех стадиях деформации и при любых темпе­ратурах.

3.3. Порядок проведения работы

3.3.1. Провести испытание на растяжение с записью диаграммы деформации выданных преподавателем образцов из стали 0XI8HI0T в отожженном и закаленном состояниях.

3.3.2. Построить диаграмму растяжения в координатах S - в (см. лабора­торную работу 5).

3 3.З. Дать анализ причин различия построенных кривых деформации раз­личных сплавов.

3.4. Требования к отчету

В отчете по работе должны быть представлены построенные кривые деформации и результаты их анализа.

3.5. Контрольные вопросы.

I. Чем отличаются кривые деформации чистого металла и твердого раствора на его основе.

2. Какие факторы определяют степень влияния растворимых добавок на диаграммы деформации?

3. Почему растворимые добавки повышают напряжение перехода к Ш ста­дии деформации и коэффициент упрочнения на этой стадии?

4. Как меняется вид кривых горячей деформации при образовании силь­но легированного твердого раствора?

5. Как меняемся диаграмма деформации при наличии частиц избыточных фаз? Чем обусловлены эти изменения?