🔥 Odkształcenie Metali

Zdrowienie i krystalizacja

Metale poddawane działaniu wzrastającego obciążenia początkowo odkształcają się sprężyście i po odgnieceniu powracają do swej pierwotnej postaci, a po przekroczeniu granicy plastyczności następuje trwałe odkształcenie materiału zwane odkształceniem plastycznym.

W procesie odkształcania wyróżnia się kilka podstawowych mechanizmów odkształcania

Poślizg

Powoduje nieodwracalne zmiany kształtu, powstaje na skutek działania naprężeń stycznych i polega na przemieszczaniu jednej części kryształu względem drugiej po uprzywilejowanej płaszczyźnie przy czym budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona. Rozróżniamy poślizg: styczny – zachodzi jednocześnie na całej płaszczyźnie poślizgowej, dyslokacyjny- przebiega przy współudziale dyslokacji ruchliwych przemieszczających się w danej płaszczyźnie poślizgu.

Bliźniakowanie

Polega na jednakowym ściskaniu kolejnych warstw kryształu o wektor bliźniakowania. Skutkiem tego jest obrót kryształu w taki sposób, że pozostała jego część jest zwierciadlanym odbiciem względem określonej płaszczyzny zwanej płaszczyzną bliźniakowania. Podstawowym mechanizmem odkształcania monokryształów jest poślizg. W monokryształach o dużej liczbie systemów poślizgu (sieci RSC) poślizg rozpoczyna się w systemie w którym naprężenia styczne osiągają wartość krytyczną w pewnej kolejności = system pierwotny. Poślizg w kryształach o sieci RSC może występować na każdej z 4 płaszczyzn i jednym z 3 kierunków. Im większe płaszczyzn tym łatwiej nastąpi poślizg. System poślizgu wtórnego – występuje pod wpływem większego naprężenia. Po wyczerpaniu możliwości poślizgu przy bardzo dużych naprężeniach odkształcenie monokrystaliczne może nastąpić przez bliźniakowanie. Występuje ono w kryształach sieci RPC oraz kryształach mających mniejszą liczbę systemów poślizgów od kryształów sieci RSC.

Odkształcenie plastyczne

Odkształcenie Polikryształów rozpoczyna się w ziarnach o systemie poślizgu zorientowanym zgodnie z kierunkiem obciążenia jeszcze przed osiągnięciem makroskopowej granicy plastyczności. Przed granicami ziarn następuje wówczas spiętrzenie dyslokacji jednoimiennych. Powoduje to wytworzenie naprężenia wstecznego – skierowanego przeciwnie do przyłożonego obciążenia. W wyniku niejednorodnego zapoczątkowania odkształcenia w warunkach o różnej orientacji krystalorgaficznej krzywa rozciągania poniżej makroskopowej granicy sprężystości ma charakter paraboliczny. Po osiągnięciu tej granicy odkształcenie plastyczne występuje we wszystkich ziarnach ale nierównomiernie.

Anizotropia

Cecha charakterystyczna kryształów które oprócz właściwości fizycznych, skalarnych wykazują ponadto własności fizyczne wektorowe ( zmieniające się wraz z kierunkiem ). Wzrost kryształów podczas krystalizacji jest zjawiskiem wielokrotnym. W związku z prawidłową budową wewnętrzną kryształów w kierunkach do siebie równoległych są zawsze jednakowe, a w kierunkach nie równoległych zawsze różne.

Tekstura krystalogiczna

Uprzywilejowana orientacja przestrzenna kryształów względem kierunku zewnętrznej siły odkształcającej w cząsteczkach polikrystalicznych wpływające na wytrzymałość  i inne własności (magnetyczne). Może prowadzić do pożądanych lub szkodliwych objawów.

Odkształcenie plastyczne na zimno

Odkształceniu plastycznemu na zimno towarzyszy zjawisko umocnienia. Materiał umocniony wykazuje wyższe własności wytrzymałościowe np. wytrzymałość  na rozciąganie. Równocześnie ze wzrostem wytrzymałości materiału maleje jego plastyczność. Jest to wynikiem zmniejszenia zdolności przemieszczania się (dyslokacji w kryształach).

Przyjmuje się kilka mechanizmów blokowania ruchu dyslokacji

• – mechanizm Cotrella – wokół pola naprężeń związane z różną średnicą atomów osmozy. Dążą wiec one do zmniejszenia odkształcenia, zajmują dogodne pozycje energetyczne wokół jąder dyslokacji. Tak powstaje atmosfera atomów obcych blokująca przemieszczenie dyslokacji.
• – Mechanizm Suzuki – związany jest z mechanicznym blokowaniem ruchu dyslokacji.
• – Mechanizm elektrostatycznego blokowania dyslokacji związany z oddziaływaniem atomów jednej dyslokacji z atomami pierwiastków obcych o innej liczbie elektronów walencyjnych w porównaniu z atomami tworzącymi osnowę kryształów.

O umocnieniu stopu decydują czynniki fizyczne i strukturalne

Temperatura rekrystalizacji

Temperatura po osiągnięciu której następuje szybka zmiana własności metalu lub stopu nabytych przez gniot. Ma duże znaczenie praktyczne. Zależy od temperatury topnienia TR=( 0,35 ¸0,60) Tt , warunków odkształcenia, temperatury procesu, wielkości i szybkości odkształcenia, szybkości nagrzewania do wyżarzenia. Nie może być traktowana jako własność fizyczna odkształcanego materiału.

• Etapy zmian struktury i własności wywołane odkształceniem plastycznym na gorąco:
• – zdrowienie – procesy prowadzące do zmnieszenia gęstości defektów punktowych. Proces zdrowienia polega na częściowym usunięciu skutków zgniotu zachodzące podczas wygrzewania zgniecionych materiałów w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji.
• – Rekrystalizacja pierwotna – polega na utworzeniu zarodków nowych ziarn i wzroście przez migrację
• – Rozrost ziarn – po zakończeniu krystalizacji pierwotnej następuje dolny wzrost wielkości ziarna. Jeśi średnica powstałych ziarn jest statycznie jednorodna to jest to normalny wzrost ziaren, jeśli nie następuje rekrystalizacja wtórna.
• – Rekrystalizacja wtórna – zachodzi ona w temperaturze znacznie wyższej od temperatury rekrystalizacji w materiałach w których uprzednio zakończone zostały procesy rekrystalizacji pierwotnej.

Mechanizm procesów

Poligonizacja

Podczas zdrowienia

Rekrystalizacja

Występuje po przekroczeniu krytycznej wartości odkształceń (zachodzi po zdrowieniu) po przekroczeniu temperatury rekrystalizacji. Proces ten prowadzony jest w temperaturze , w której po 1 godzinie wyżarzania materiał odzyska 100% swoich własności początkowych. Regeneracja ziarna tj. całkowite usunięcie skutków zgniotu.

Obróbka cieplno plastyczna – obróbka plastyczna w zakresie temperatur powyżej Tv

• – zgniot – całokształt zmian budowy krystalograficznej metalu lub stopu i jego własności w wyniku odkształcenia plastycznego powodującego przesunięcie jednej części metalu względem drugiej.
• – Wyważanie rekrystalizujące – obróbka cieplna mająca na celu usunięcie naprężeń własnych powstałych przez zgniot na zimno, również regeneracji ziarna tj. całkowite usunięcie skutków zgniotu.
• – Zdrowienie dynamiczne – poślizg poprzeczny + wspinaczka dyslokacji
• – Rekrystalizacja dynamiczna – powstaje podczas odkształcania plastycznego gdy gniot przekroczy wartość – krytyczną ec. Podwyższenie temperatury powoduje wzrost wartości ec.
  eX – odkształcenie końca krystalizacji dynamicznej.

Gdy : ec > ex – przebieg cykliczny
ec < ex – przebieg ciągły