Презентация Изменение структуры и свойств сплавов в результате пластической деформации онлайн

Содержание слайда: ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЛАВОВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ При низкой температуре внутризеренная пластическая деформация происходит путем скольжения (а) или двойникования (б) отдельных участков решетки по определенным плоскостям (при высокой температуре проявляется ползучесть). Двойникование - смещение одной части кристалла по отношению к другой с последующим поворотом частей кристалла. При повороте, получается зеркальное отображение одной части кристалла по отношению к другой. .

Содержание слайда: Изменение формы твердого кристаллического тела с кубической решеткой в результате пластической деформации: а - недеформированный кристалл; б –кристалл после скольжения (прохождение n с векторами Бюргерса b); в –кристалл после двойникования

Содержание слайда: Схема растяжения образца из монокристалла Нормальное напряжение ϭ почти не оказывает влияния на пластическое течение кристаллов. Пластическая деформация происходит под действием касательных (сдвигающих) напряжений τ τ = P/F·cosϕ cosα где P – растягивающее усилие; F – площадь поперечного сечения образца по плоскости скольжения; ϕ – угол наклона нормали к плоскости скольжения; α – угол между растягивающим усилием и плоскостью скольжения. При постоянном τ предел текучести монокристалла (нормальное напряжение ϭТ = PТ/F, соответствует началу пластической деформации) для металла зависит от ориентировки плоскостей скольжения относительно направления действия сил, имея минимум при ϕ = α = 45°.

Содержание слайда: Пластическая деформация монокристалла может происходить в основном двумя путями: скольжением и двойникованием. Скольжение представляет собой параллельное смещение тонких слоев монокристалла относительно друг друга по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям. Обычно плоскостями скольжения являются плоскости с наибольшей плотностью размещения атомов, а направлениями скольжения – те направления, по которым межатомные расстояния минимальны.

Содержание слайда: Плоскости и направления скольжения В металлах с ОЦК решеткой направление плотной упаковки совпадает с направлением диагональной плоскости, а само скольжение – с направлением диагонали в этой плоскости. В металлах с ГЦК решеткой внутри элементарной ячейки имеется четыре октаэдрических плоскости с наиболее плотной упаковкой. В каждой из этих плоскостей имеются три направления плотной упаковки – 12 наиболее вероятных систем скольжения. Скольжение в ГПУ кристаллах совершается в плоскостях, параллельных основанию шестигранной призмы основной ячейки. В самой плоскости скольжения имеется три направления минимального расстояния между атомами.

Содержание слайда: Линии скольжения на поверхности поликристаллического образца меди, которая была отполирована и впоследствии деформирована. х173

Содержание слайда: Пластическая деформация поликристалла начинается в наиболее благоприятно расположенных зернах. В этих зернах плоскости скольжения составляют с направлением усилия угол, близкий к 45°. Остальные зерна в это время поворачиваются, и когда их плоскости скольжения составят с направлением действия усилия угол 45°, они также начинают деформироваться. В итоге, большинство зерен вытягивается в направлении наиболее интенсивного течения металла. После деформации, плоскости скольжения большинства зерен ориентированы в одном направлении – возникает текстура деформации, приводящая к анизотропии свойств поликристалла. Пластическая деформация поликристалла начинается в наиболее благоприятно расположенных зернах. В этих зернах плоскости скольжения составляют с направлением усилия угол, близкий к 45°. Остальные зерна в это время поворачиваются, и когда их плоскости скольжения составят с направлением действия усилия угол 45°, они также начинают деформироваться. В итоге, большинство зерен вытягивается в направлении наиболее интенсивного течения металла. После деформации, плоскости скольжения большинства зерен ориентированы в одном направлении – возникает текстура деформации, приводящая к анизотропии свойств поликристалла.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Различают внутрикристаллитную и межкристаллитную деформации поликристалла. Первая протекает путем скольжения и двойникования, вторая – путем поворота и перемещения одних зерен относительно других. Различают внутрикристаллитную и межкристаллитную деформации поликристалла. Первая протекает путем скольжения и двойникования, вторая – путем поворота и перемещения одних зерен относительно других. При горячей обработке давлением преобладает межкристаллитная деформация.

Содержание слайда: Макро- (х 10) и микроструктура (х 90) дамасского меча. Макро- (х 10) и микроструктура (х 90) дамасского меча. Изготовлен из литой стали тигельной плавки 1,5 – 1,7 % С (железо очень высокой чистоты), заэвтектоидная высокоуглеродистая. Микроструктура: светлые полосы – скопления частиц цементита вторичного; темные полосы – очень мелкие участки перлита в цементитной матрице. Структура получена многократной ковкой (165 циклов нагрева и охлаждения). Карбиды, при этом частично растворяются и распределяются в аустените в виде тонких слоев (термомеханическая обработка). Булатные клинки не закаливались т.к. закалка ведет к образованию остаточного аустенита и, в результате перекристаллизации, к исчезновению узора.

Содержание слайда: ОБОСНОВАНИЕ НИЗКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ РЕАЛЬНОГО КРИСТАЛЛА Расчетное усилие для смещения одной части кристалла железа относительно другой оказалось на 2–3 порядка выше фактического (τ кр ф = 29 МПа; τ кр р = 13000 МПа). Это объясняется тем, что процесс скольжения не является одновременным смещением всех атомов одной плоскости относительно атомов соседней, а происходит путем последовательного смещения отдельных групп атомов, т.е. за счет постепенного перемещения дислокаций, которое требует значительно меньшего усилия. Каждый последовательный элементарный акт перемещения дислокации из одного положения в другое совершается путем разрыва лишь одной вертикальной атомной плоскости.

Содержание слайда: Краевая дислокация Краевая дислокация представляет собой локализованное искажение кристаллической решетки, вызванное наличием в ней лишней атомной полуплоскости (экстраплоскости). Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокацию называют положитель-ной и обозначают , и наоборот – если в нижней. В краевой дислокации линия дислокации OO’, отделяющая неподвижную область от сдвинутой, перпендикулярна вектору сдвига t и вектору Бюргерса b.

Содержание слайда: Винтовая дислокация При образовании винтовой дислокации (рис. 6), линия дислокации (красная) параллельна вектору сдвига t. Если представить кристалл состоящим из одной атомной плоскости, то винтовая дислокация будет подобна винтовой лестнице. Если винтовая дислокация образована по часовой стрелке, то ее называют правой, а если против часовой стрелки – левой.

Содержание слайда: Вектор Бюргерса Энергия искажения кристаллической решетки – одна из важнейших характеристик дислокации любого типа. Критерием этого искажения служит вектор Бюргерса, который получается, если обойти замкнутый контур в идеальном кристалле, а затем повторить его в реальном, заключив дислокацию внутри контура. Вектор, необходимый для замыкания такого контура в реальном кристалле, и называется вектором Бюргерса. Вектор Бюргерса для контура, замыкающегося вокруг нескольких дислокаций, равен сумме векторов Бюргерса отдельных дислокаций. Вектор Бюргерса краевой дислокации перпендикулярен ее линии, а для винтовой дислокации – параллелен.

Содержание слайда: Пространственное представление краевой дислокации: D – D1 – плоскости кристаллической решетки; А – экстраплоскость; ХСС1YХ – контур Бюргерса; ┴ – дислокация; b – вектор Бюргерса; a – параметр решетки; х – направление сдвига; ХХ1 – смещение решетки.

Содержание слайда: СХЕМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДИСЛОКАЦИИ ВНУТРИ КРИСТАЛЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ СДВИГАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ Под влиянием сдвигающих напряжений дислокация смещается из одного положения в другое, т.е. на одно межатомное расстояние. Атомы, участвующие в этом процессе, смещаются на расстояние меньше одного параметра. Далее дислокация (⊥) как по эстафете перемещается из одного ряда в другой, проходя через весь кристалл, пока не выйдет на свободную поверхность с левой стороны. В результате пробега дислокации через весь кристалл получаем смещение на один параметр. Дислокация выходит на поверхность кристалла и исчезает. На поверхности остается ступенька скольжения

Содержание слайда: ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ДИСЛОКАЦИЙ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА СДВИГУ Важной характеристикой дислокации является плотность ρ, под которой понимают суммарную длину дислокаций Σl, приходящуюся на единицу объема V кристалла, см–2: ρ = Σl/ V

Содержание слайда:

Содержание слайда: Схема эволюции дислокационной структуры металла в процессе деформации : Схема эволюции дислокационной структуры металла в процессе деформации : а) стадия микротекучести; б) стадия текучести; в) стадия деформационного упрочнения (ячеистая дислокационная структура); г) конец стадии деформационного упрочнения - начало стадии шейкообразования образца (формирование устойчивых полос скольжения).

Содержание слайда: РАЗРУШЕНИЕ Разрушение – процесс образования новых поверхностей в сплошном материале в результате, зарождение и развитие трещин. Разрушение может закончиться разделением тела на части с образованием новых поверхностей, которые называют изломомами. Разрушение твердого тела представляет собой процесс развития пластической деформации и, как следствие, образование несплошностей – трещин, имеющихся в структуре материала или возникающих на предшествующих стадиях деформации.

Содержание слайда: ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИНЫ Зарождение разрушения во всех случаях связано с пластической деформацией. Образование микротрещин часто происходит в результате скопления движущихся дислокаций перед препятствием (межзеренные и межфазные границы, включения и т.п.).

Содержание слайда: Критическая длина трещины Многие детали могут длительно работать при наличии трещин, но не более определенного размера. Критическая длина опасных трещин определяет границу резкого снижения прочности и хрупкого разрушения детали. Начиная с некоторой критической длины lкр, при раскрытии трещины уменьшение запасенной упругой энергии перекрывает увеличение поверхностной энергии. При превышении критической длины развитие трещины идет за счет запасенной энергии упругой деформации, не требуя увеличения растягивающей нагрузки. Критическая длина трещины зависит от вязкости разрушения (трещиностойкости) стали, уровня остаточных напряжений, конструкции детали, температуры ее эксплуатации, скоростей приложения нагрузок.

Содержание слайда: РАЗВИТИЕ ТРЕЩИНЫ (Соотношение Гриффитца)

Содержание слайда: Концентрация напряжений

Содержание слайда: Развитие опасной трещины в шейке при испытании медного образца на растяжение

Содержание слайда: Вид поверхностей разрушения по механизмам (х1000): а) хрупкий скол; б) вязкое разрушение с порообразованием; в) смешанный – межзеренное порообразование + межзеренное хрупкое разрушение (фрактограммы РЭМ)

Содержание слайда: Усталостное разрушение

Содержание слайда: Процесс зарождения усталостных трещин. Первая стадия – развитие интенсивных полос скольжения – сдвигового образования на поверхности металла, состоящего из ряда следующих одна за другой задержанных дислокаций. Образование полос скольжения за счет поперечного скольжения дислокаций. Вторая стадия - деформационное упрочнение, создаваемое после каждого акта скольжения, препятствует обратному скольжению материала в той же плоскости, что приводит к образованию интрузий («вдавливаний») и экструзий («выдавливаний»). Третья стадия – образование трещин и разрушение детали. Встреча устойчивых полос скольжения с границей ферритного зерна в низкоуглеродистой стали Ст. 3 (а), с перлитной колонией (б), образование микротрещин при пересечении двух систем скольжения и схема образования микротрещин (в, г)

Содержание слайда: виды изломов Хрупковязкий усталостный Внешний вид хрупкого излома – светлый, а вязкого – матовый из-за наличия уступов, образующихся при пластической деформации

Содержание слайда: Если поверхность разрушения проходит внутри кристаллических зерен, то разрушение называют внутрикристаллитным (внутризеренным, транскристаллитным), а если по границам зерен – то межкристаллитным (межзеренным, интер-кристаллитным).

Содержание слайда: Хладноломкость Понижение температуры обусловливает переход от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление получило название хладноломкости. Ниже некоторой температуры, которая называется критической температурой хрупкости, или порогом хладноломкости tп.х., т > Sк, и возникает хрупкое разрушение.