Studia StacjonarneWydział Metali Nieżelaznych

Laboratorium Nauki o Materiałach Temat: Zgniot i rekrystalizacja Ćwiczenie numer 5

Imię i nazwisko: Kierunek: Rok, grupa:  Urszula Kuza

Katarzyna MatyszczakMetalurgia Rok II, grupa II

 Data laboratorium: 7.06.2010

Data oddania: 14.06.2010

1. Wstęp teoretyczny:Zgniot jest to całokształt zmian zachodzących w strukturze i własnościach metali pod wpływem odkształcenia plastycznego na zimno. Za miarę zgniotu przyjmuje się stopień odkształcenia wyrażony zmianą przekroju w procentach. Po zgniocie atomy znajdują się w stanie niestabilnym. Wzrost gęstości dyslokacji wywołuje stopniowe umocnienie metalu, gdyż następuje zmniejszenie odległości miedzy dyslokacjami, a wiec wzrastają siły wzajemnego oddziaływania miedzy nimi. Powoduje to blokowanie ruchu dyslokacji, w związku z czym potrzebne jest większe naprężenie do dalszego odkształcenia. Następuje tzw. umocnienie.

Rekrystalizacja – (pierwotna) jest to etap w którym powstają zarodki nowych nie odkształconych ziarn, które następnie się rozrastają podobnie jak w procesie krystalizacji z fazy ciekłejEnergia zmagazynowana w odkształconym metalu jest siłą napędową wzrostu nowych ziarn z zarodków rekrystalizacji kosztem odkształconej osnowy. Proces ten, polegający na migracji szerokokątowych granic zarodków rekrystalizacji, jest nazywany rekrystalizacją pierwotną i trwa aż do chwili, gdy zrekrystalizowane ziarna obejmą całą objętość uprzednio odkształconego plastycznie metalu.

Rekrystalizacja przebiega w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji. Temperatura rekrystalizacji jest pojęciem umownym i nie opisuje własności fizycznej metali, jest bowiem uzależniona między innymi od stopnia gniotu, sposobu, temperatury i szybkości odkształcenia plastycznego, czasu wyżarzania, wielkości ziarna odkształconego metalu.Zwykle temperatura homologiczna rekrystalizacji wynosi:TR = 0,4Tt , gdzie:Tt – temperatura topnienia w K.

Selektywny wzrost niektórych ziarn jest charakterystyczny dla rekrystalizacji wtórnej. Niektóre ziarna w wyniku takiego wzrostu osiągają bardzo duże wymiary, a wielkość pozostałych prawie nie ulega zmianie. Warunkiem koniecznym wystąpienia rekrystalizacji wtórnej jest częściowe lub całkowite zahamowanie wzrostu ziarn podczas rekrystalizacji pierwotnej. Przyczyną takiego stanu może być obecność faz na granicach lub niekiedy zbyt krótki czas wyżarzania, a także tekstura, czyli statystyczna przewaga ziarn o jednakowej, uprzywilejowanej orientacji. Rekrystalizacja wtórna zachodzi zwykle podczas wyżarzania w temperaturze znacznie wyższej od temperatury rekrystalizacji, np. w przypadku stali o około kilkaset stopni Celsjusza.

1

Zdrowienie – polega na zanikaniu defektów sieci takich jak wakancje i atomy międzywęzłowe. Jest to etap przemian zachodzący poniżej temperatury rekrystalizacji. Następuje zmniejszenie się naprężeń. Zmniejszenie się ilości defektów sieci powoduje odnowienie się takich własności metalu jak oporność elektryczna i własności magnetyczne

Zdrowienie statyczne jest procesem aktywowanym cieplnie, zachodzącym podczas wyżarzania poniżej temperatury rekrystalizacji w metalach uprzednio odkształconych plastycznie na zimno. Proces ten jest związany ze zmniejszeniem stężenia defektów punktowych, gęstości dyslokacji oraz zmianami w ich przestrzennym rozmieszczeniu. Podczas zdrowienia następuje dyfuzja i anihilacja (likwidowanie) defektów punktowych, poślizg i wspinanie dyslokacji, anihilacja dyslokacji różnoimiennych, kurczenie się i zanik pętli dyslokacyjnych.

2.Cel ćwiczenia:Celem ćwiczenia było wykreślenie wykresu zmiany własności mechanicznych oraz zbadanie zależności własności mechanicznych od zgniotu i czasu wyżarzania.

3. Przebieg ćwiczenia:A) Przygotowanie 8 próbek.B) Pomiar grubości i szerokości.C) Poddanie próbek walcowaniu aby uzyskac gniot: 2 próbka – 20%, 3 próbka – 40%, 4,

5, 6, 7, 8 próbka – 60% i 9 próbka – 74%. Pierwsza próbka miała zgniot równy 0% czyli nie było potrzeby przewalcowania.

D) Następnie cztery próbki o zgniocie 60% poddano wyżarzaniu w temperaturze 350°C w czasie odpowiednio 3, 6, 9, 20 min.

E) Naniesienie bazy pomiarowej 40mm.F) Próba rozciągania poszczególnych próbek. G) Porównanie własności mechanicznych poszczególnych próbek.

4.Tabela wyników i wykresy:

Lp. l0

[mm]h0

[mm]b0

[mm]G

[%]Fm [N]

Czas wyżarzania

[min]

Lk

[mm]S0

[mm2]A [%] Rm

[MPa]R0,2

[MPa]

1 40 2,05 9,56 0 1468,7 0 56,35 19,598 40,875 74,94132 50,5

2 40 1,73 9,65 20 1327,1 0 50,6 16,6945 26,5 79,49325 71

3 40 1,24 9,56 40 1241,7 0 44,15 11,8544 10,375 104,7459 94,5

4 40 0,91 9,56 60 997,9 0 40,22 8,6996 0,55 114,7064 114

5 40 0,85 9,56 60 814,6 3 44,29 8,126 10,725 100,2461 90

6 40 0,86 9,59 60 758,3 6 47,58 8,2474 18,95 91,94413 80

7 40 0,83 9,55 60 616,7 9 53,04 7,9265 32,6 77,80231 51

8 40 0,8 9,56 60 564,6 20 56,5 7,648 41,25 73,82322 49

9 40 0,58 9,68 74 629,2 0 40,27 5,6144 0,675 112,069

2

Wykorzystane wzory:

gdzie S0=a*b lub d2*Π/4

Wykres 1. Zależność naprężenia od odkształcenia dla „Próbki 1”

Wykres 2. Zależność naprężenia od odkształcenia dla „Próbki 8”

3

R02

R02

Rm

Rm

Ru

Ru

ε max

ε max

Wykres 3. Technologiczna krzywa umocnienia (Rm, Ro,2, A w funkcji zgniotu).

Wykres 4. Technologiczna krzywa umocnienia (Rm, Ro,2, A w funkcji czasu wyżarzania).

5. Analiza wyników i błędów oraz wnioski.

4

Z wykresu 3 wnioskujemy, że własności wytrzymałościowe (Rm i R0,2) rosną wraz ze wzrostem zgniotu, wydłużenie natomiast maleje tzn. zmniejsza się plastyczność materiału. Gdy zgniot wzrasta wykresy upodabniają się do siebie ma to związek ze zmniejszeniem się tzw. „zbiornika na odkształcenie plastyczne”.

W procesie rekrystalizacji nowe ziarna rozrastają się kosztem ziaren odkształconych plastycznie a z czasem zastępują je wszystkie. Proces ten powoduje przywrócenie własności plastycznych materiału oraz obniżenie własności wytrzymałościowych.Tę zależność obserwujemy na wykresie Rm, R02, A w funkcji czasu wyżarzaniaIm dłużej wyżarzany jest materiał tym większa ilość ziaren ulega rekrystalizacji co powoduje wzrost wydłużenia, co jest wynikiem zwiększenia własności plastycznych i spadania własności wytrzymałościowe

6. Literatura:

Stanisław Prowans „Struktura stopów”. Karol Przybyłowicz „Metaloznawstwo”.

5