Лабораторная работа № 8. Влияние деформационного старения на механические свойства малоуглеродистой стали

Влияние деформационного старения на механические свойства малоуглеродистой стали

8.1. Цель работы: познакомиться с методикой испытания механических свойств при растяжении. Изучить влияние деформационного старения на механические свойства малоуглеродистой стали.

8.2. Теоретическая часть

Деформационным старением называют упрочнение пластически деформи­рованного сплава при низкотемпературном отжиге, обусловленное осажде­нием сегрегации на дислокациях или образованием новой фазы.

Если время старения сравнимо со временем испытания, имеет место динамическое деформационное старение. Оно тем сильнее, чем медленнее деформация. После деформационного старения плотность дислокаций не из­меняется, меняется лишь количество дислокаций, способных к движению. Как правило, количество подвижных дислокаций уменьшается за счет их блокирования примесными атомами. Пока плотность подвижных дислокаций мала, нет независимого зарождения скольжения во всех зернах, а происхо­дит эстафетная передача сдвига от зерна к зерну. При этом в каждом зерне работает в основном одна система скольжения - ближайшая к действую­щей плоскости скольжения в соседнем зерне. Направления скольжения на площадке текучести оказываются во всех зернах, близкими к сечению поли­кристаллического образца. В малоуглеродистой стали деформационное ста­рение идет уже при 20 °С, но наиболее интенсивно при 150 + 200 °С. В процессе старения участвуют в основном примеси внедрения - углерод и азот. Атомы углерода и азота, взаимодействуя с дислокациями, вначале образуют насыщенные атмосферы Коттрелла, потом конденсированные атмосферы, а позже - выделения карбидов и нитридов на дислокациях. В зависи­мости от того, на какой стадии, прервать деформационное старение, эффект упрочнения будет различным. Если уже начался процесс коагуляции карби­дов, то прочность начинает падать вследствие перестаривания. Деформаци­онное старение, проведенное даже после малой пластической деформации по оптимальному режиму, может сильно повысить предел текучести при сох­ранении пластичности. Упрочнение сталей при деформационном старении положен в основу механико-термической обработки. Многократная деформация с последующим старением позволяет повысить предел текучести в 2 - 3 раза. Для малоуглеродистой стали деформационное упрочнение может быть самопроизвольным процессом. Самопроизвольное деформационное старение существенно влияет на пластичность листа при холодной штамповке. В связи о этим, необходимо принимать меры по его предупреждэнию. Его можно избежать либо уменьшением концентрации углерода и азота, либо путем уменьшения их подвижности. Этого достигают путем изменения технологии выплавки и уменьшения содержания углерода и азота. Для уменьшения влияния деформационного старения на прочность и пластичность стали в нее вводят элементы, связывающие углерод и азот в прочные соединения.

8.3. Порядок проведения работы

8.3.1. Для выполнения необходимо использовать три разрывных образца из стали Ст.3. Один образец испытать до полного разрушения, записать диаграм­му растяжения и по ней рассчитать характеристики механических свойств (σ_T , σ_в , δ₅ , ψ ).

Второй образец нагрузить на машине до величины > Рт, но меньшей Рв, разгрузить и подвергнуть старению при t = 150 °С в течение I ча­са. После старения образец испытать до разрушения и определить характе­ристики механических свойств (σ_T , σ_в , δ₅ , ψ ).

Третий образец трижды нагрузить до величины > Рт. После каждого нагружения провести старение, а затем испытать до разрушения.

Результаты испытания занести в табл. 8.1.

Таблица 8.1. Механические свойства испытуемых образцов

8.3.2. Обсуждение результатов испытания и выводы

8.4. Требования к отчету

8.4.1. Цель работы.

8.4.2. Природа деформационного старения.

8.4.3. Результаты испытания.

8.4.4. Обсуждение результатов.

8.4.5. Выводы.

8.5. Вопросы для подготовки

1. На какие характеристики механических свойств оказывает влияние деформационное старение?

2. При каких температурах наиболее интенсивно протекает, деформационное старение?

3. От чего зависит эффект деформационного старения?

4. Как влияет деформационное старение на штампуемость стали?

5. Какие существуют меры предупреждения деформационного старения?

6. Зависит ли эффект деформационного старения от степени дёформации?

7. Изменяется ли плотность дислокаций при деформационном старении?

8. Чем обусловлено упрочнение стали при деформационном старении?

9. Какие элементы блокируют дислокации при деформационном старении?

Литература

Основная:

1. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1978. - 464 с.

2. Мозберг.Р.К. Материаловедение. - Таллин: Валгус, 1976. - 302 с.

3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. - М.: Металлургия,

1983. - 296 с.

4. Бернштейн М.Л., Займовский А. Структура и механические свойства металлов. - А.: Металлургия, 1970. - 560 с.5. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. - М.: Металлур­гия, 1983. - 287 с

Дополнительная:

6. ГОСТ 9012-59. Методы испытания измерения твердости по Бринеллю.

7. ГОСТ 9013-59. Методы испытания измерения твердости по Роквеллу.

8. ГОСТ 2860-65. Металлы. Методы механических испытаний. Введ. 01.01.67.