Politechnika
Białostocka

Wydział (instytut)

Mechaniczny

SRAWOZDANIE Z ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

Materiały konstrukcyjne

(Nazwa przedmiotu)

Kod:

Ćwiczenie numer: 7

Temat: Odkształcenie plastyczne na zimno i rekrystalizacja stali.

Krzysztof Laguna

(Imię i nazwisko studenta)

Rodzaj studiów: dzienne, zaoczne, wieczorowe, uzupełniające

Kierunek studiów: Mechanika i budowa maszyn

Specjalność: ...............................................................................................

Semestr: III Grupa laboratoryjna: VI

Prowadzący ćwiczenia: mgr inż. B. Dąbrowski

17.11.2005 OCENA

(Data wykonania ćwiczenia)

............................................

(Data i podpis prowadzącego)

1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z mechanizmem odkształceń plastycznych, zmianami własności i struktury, zachodzącymi w stalach podczas przeróbki plastycznej na zimno oraz wyżarzania rekrystalizującego.

2. WSTĘP TEORETYCZNY

Obróbka plastyczna na zimno: Jeżeli na materiał działają siły zewnętrzne, to ulega on odkształceniom. Wartości odkształcenia uzależnione są od wartości przyłożonej siły oraz cech materiału. Gdy działające siły wywołują naprężenia niższe od granicy sprężystości, następuje wzrost odległości między atomami (rośnie parametr sieci), natomiast po usunięciu działającej siły następuje powrót do stanu wyjściowego. Tego typu odkształcenie nosi nazwę odkształcenia plastycznego. Natomiast, jeżeli działające naprężenia są wyższe od granicy sprężystości, wytworzone odkształcenie nosi nazwę odkształcenia plastycznego. Wynikiem odkształcenia plastycznego na zimno jest szczególnie wyraźna zmiana struktury odkształconego materiału, powodująca zmianę własności mechanicznych, fizycznych i chemicznych. Stan materiału po odkształceniu nosi nazwę stanu zgniecionego. Zdolność odkształcenia plastycznego jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech metali. Miernikiem odkształconego metalu jest zgniot. Zgniot na zimno mierzy się przeważnie zmianą przekroju poprzecznego części odkształconej. Zgniot może zachodzić na skutek : poślizgów i bliźniakowania.

Odkształcenie przez bliźniakowanie: Rzadziej spotykanym mechanizmem odkształcenia metali jest bliźniakowanie. Polega ono na tym, że w krysztale przesuwają się atomy w pewnej płaszczyźnie krystalograficznej wzdłuż określonego kierunku tak, że przesunięta część kryształu jest lustrzanym odbiciem części nie przesuniętej.

Odkształcenie przez poślizg: poślizg zachodzi w określonych płaszczyznach i kierunkach krystalograficznych o najgęstszym ułożeniu atomów. Wymaga on pewnej wartości naprężenia stycznego. Naprężenie to obliczone przy założeniu sztywnego poślizgu całej warstwy atomów jest rzędu G/2Π gdzie G - jest modułem Kirchhoffa. Jest to wielkość bardzo duża. W rzeczywistości poślizg zachodzi przy naprężeniach kilka tysięcy razy mniejszych wskutek ruchu dyslokacji.

Rekrystalizacja: Odkształcenie plastyczne na zimno metali i stopów powoduje wzrost energii wewnętrznej. Jest to stan nie odpowiadający równowadze termodynamicznej. Może on trwać przez długi okres czasu, ponieważ w temperaturze otoczenia amplituda drgań atomów jest zbyt mała, aby nastąpiły przemieszczenia atomów i powrót do stanu wyjściowego. Z chwilą gdy w odkształconym metalu zwiększa się temperatura na skutek ogrzewania, zachodzą w jej strukturze zmiany, które można podzielić na stadia w zależności od temperatury nagrzewania. Są to

• Zdrowienie

• Rekrystalizacja pierwotna

• Rozrost ziarna

• Rekrystalizacja wtórna

Własności metalu po zgniocie: Wzrost energii wewnętrznej metalu w wyniku zgniotu powoduje zmianę jego własności. Największe zmiany dotyczą własności mechanicznych. Rosną własności wytrzymałościowe, maleją natomiast plastyczne. Wzrost własności wytrzymałościowych w wyniku zgniotu nazywamy umocnieniem. Zależność pomiędzy zgniotem i własnościami wytrzymałościowymi jest proporcjonalna. Jednocześnie ze wzrostem własności wytrzymałościowych maleją własności plastyczne.

3. OPIS STANOWISKA BADAWCZEGO.

Do wykonania doświadczenia niezbędne są następujące przedmioty:

• Piec laboratoryjny do obróbki cieplnej

• Prasa hydrauliczna

• Twardościomierz Brinella

• Mikroskop świetlny

• Próbki wykonane ze stali 17MH

4. PRZEBIEG I REALIZACJA EKSPERYMENTU.

Eksperyment polegał na:

• Dokonaniu pomiaru twardości próbek stali 17MH niepodanych obróbce plastycznej i po odróbce plastycznej przy zgniocie 30i 50% oraz po rekrystalizacji

• Obejrzeniu próbek pod mikroskopem i wykonaniu szkicu i opisu próbek wykonanych w ćwiczeniu

4. PREZENTACJA I ANALIZA WYNIKÓW.

Otrzymane próbki stali po obróbce plastycznej na zimno zbadano na twardościomierzu Brinella. Otrzymane wyniki przedstawia tabela:

NUMER PRÓBY	RODZAJ STALI	POMIAR TWARDOŚCI
1	17MH stan surowy	107HB
2	17MH zgniot 30%	185HB
3	17MH zgniot 50%	200HB
4	17MH zgniot 30% po rekrystalizacji	134HB
5	17MH zgniot 50% po rekrystalizacji	138HB

Otrzymane próbki stali po obróbce plastycznej na zimno, oglądałem przy użyciu mikroskopu metalograficznego, przy powiększeniu 500 - krotnym. Uzyskałam następujące wyniki:

• STAL 17MH (stan surowy)

PERLIT

FERRYT

• STAL 17MH (zgniot 30%)

PERLIT

FERRYT

• STAL 17MH (zgniot 50%)

PERLIT

FERRYT

• STAL 17MH (zgniot 30% po rekrystalizacji)

PERLIT

FERRYT

• STAL 17MH (zgniot 50% po rekrystalizacji)

PERLIT

FERRYT

6. WNIOSKI

• Stal poddawana próbie to stal stopowa z dodatkiem manganu i chromu, próbka w postaci walca wycięta z pręta o średnicy około 20 cm.

• Wzrost energii wewnętrznej metalu w wyniku zgniotu powoduje zmianę jego własności. Największe zmiany dotyczą własności mechanicznych. Rosną własności wytrzymałościowe, maleją natomiast plastyczne. Wzrost własności wytrzymałościowych w wyniku zgniotu nazywamy umocnieniem.

• Jeżeli na materiał działają siły zewnętrzne, to ulega on odkształceniom. Wartości odkształcenia uzależnione są od wartości przyłożonej siły oraz cech materiału. Można było to zaobserwować na naszych próbkach. Próbka w stanie surowym miała przekrój kołowy, próbka po zgniocie 30% była niższa a jej boki były lekko wypukłe, natomiast próbka po zgniocie 50% była dużo niższa a jej boki były bardzo wypukłe w porównaniu z próbką w stanie surowym.

• Po dokonaniu zgniotu i zbadaniu twardości próbki stwierdzić można że bez wątpienia zgniot wpływa bardzo pozytywnie na własności mechaniczne a konkretnie na twardość materiału. Należy również zauważyć, że różnica pomiędzy twardością materiału surowego i materiału po zgniocie 30% jest o wiele większa niż różnica w twardości materiału po zgniocie 30% i po zgniocie 50%.

• Podobną sytuację obserwujemy badając te same próbki po rekrystalizacji. Wynika stąd, że bardziej optymalnym, tańszym i lepszym procesem w tym przypadku jest zgniot 30% i rekrystalizacja.

• Większość metali i stopów poddawana jest obróbce plastycznej na zimno, ponieważ zgniot umacnia metale. Nie można jednak w jednej operacji nadać przedmiotowi ostatecznego kształtu, gdyż metal umacniany traci swą plastyczność i przy dalszym odkształcaniu pęka. W celu umożliwienia dalszej przeróbki stosuje się rekrystalizację która zmiękcza metal.

5