Odkształcanie w warunkach ...

Odkształcanie w warunkach nadplastyczności, Inżynieria Materiałowa, Semestr 6, Pobrane

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Mgr inŜ. Piotr NikielProf. dr hab. inŜ. Stefan SzczepanikInstrukcja doćwiczeńlaboratoryjnych z przedmiotu: Specjalne Technologiew Przetwórstwie MateriałówĆwiczenie:Odkształcanie w warunkach nadplastycznośćiCelćwiczenia:Celemćwiczeniajest analiza zachowania się materiału podczas odkształcaniaw warunkach nadplastyczności.Pojęcia podstawoweZjawisko nadplastyczności charakteryzuje się bardzo duŜym wydłuŜeniem, które moŜeprzekroczyć nawet 2000% i równomiernym odkształceniem w procesie liniowegorozciągania, przy równoczesnym znacznym zmniejszeniu siły w stosunku do rozciąganiaw zwykłych warunkach odkształcenia. Przy odkształceniu w warunkach nadplastycznościstruktura metalu nie ulega zmianie; kształt ziarn, nawet przy wydłuŜeniu ponad 1000%,pozostaje w przybliŜeniu równoosiowy, ziarna zachowują swoją identyczność (nie marekrystalizacji) [1].Świadczyto o tym,Ŝemechanizm odkształcenia w warunkachnadplastyczności róŜni się zasadniczo od zwykłego odkształcenia plastycznego (poślizgui bliźniakowania).Najczęściej mechanizm odkształcenia nadplastycznego wyjaśnia się przyjmując,ŜeproceszaleŜy od odkształcenia zachodzącego w ziarnach (teorii odkształceniaśródkrystalicznego)oraz przyjmując załoŜenie,Ŝedecydującym mechanizmem odkształcenia jest poślizg nagranicach ziarn (teorie odkształcenia międzykrystalicznego) [2]. Podstawowymi warunkami,które muszą być spełnione w celu uzyskania duŜych odkształceń, charakteryzujących stannadplastyczny są:•••odpowiednia temperatura,prędkość odkształcenia,wielkość ziarna.W celu uzyskania stanu nadplastycznego wymagane jest, aby ziarna były równoosioweo wielkości 1 – 2 µm (wymiary ziarn w zwykłych odkształconych metalach wynoszą 10 – 100µm). Temperatura, w której przejawia się stan nadplastyczny, zwykle znajduje się bliskotemperatury przemian fazowych. Oprócz temperatury i wielkości ziarna stopu duŜy wpływ naefekt nadplastyczności ma równieŜ prędkość odkształcenia. Ze względu na niepełnąznajomość mechanizmów procesu, podaje się jego następującą definicję:nadplastycznościąnazywamy zdolność materiałów do podlegania wielkim odkształceniom plastycznym beznaruszenia wewnętrznej spójności, pojawiających się w wysokich temperaturachhomologicznych pod wpływem napręŜeń, których wielkość jest wyjątkowo niska i silniezaleŜna od prędkości odkształcenia.1Materiały nadplastyczne cechuje:•duŜe wydłuŜenie względne i równomierność odkształcenia (np. w próbie rozciągania),•silna zaleŜność własności od temperatury,•wysoka czułość na prędkość odkształcenia,•charakterystyczna drobnoziarnista mikrostruktura,•równoosiowość ziarn w całym cyklu odkształcenia,•odwracalność stanu nadplastycznego.Stopy wykazujące nadplastyczność moŜna sklasyfikować w zaleŜności od temperaturyodkształcania w trzech grupach na:••stopy niskotopliwe, wykazujące nadplastyczność w temperaturze pokojowej, którychmoŜliwość zastosowania, jako materiałów konstrukcyjnych jest ograniczona;średniotopliwe,dla których efekt nadplastyczności występuje w temperaturze 200 -500ºC, są one najchętniej wykorzystywane ze względu na łatwość uzyskaniaodpowiednich warunków technologicznych w procesach przeróbki plastycznej,a dodatkową zaletą tych stopów są dobre własności wytrzymałościowe w temperaturzepokojowej. Istnieje moŜliwość poprawienia własności tych stopów, np. wprowadzeniedo stopu ZnAl22 około 1%Cu, co powoduje 140 krotne podwyŜszenie odporności napełzanie w temperaturze otoczenia, przy niezmienionych własnościachnadplastycznych w temperaturze kształtowania plastycznego;wysokotopliwe – wykazujące własności nadplastyczne powyŜej 500ºC, do tej grupynaleŜą stale, stopyŜarowytrzymałe,stopy uŜywane w przemyśle lotniczym,kosmicznym, cermetale itp.. Ze względu na wysoką temperaturę wymaganąw procesie kształtowania tych stopów, napotyka się szereg trudności technicznych,które są główną przyczyną ich niewielkiego wykorzystania.•Metody określenia własności materiałów nadplastycznychWłasności materiałów nadplastycznych najczęściej bada się za pomocą prób:rozciągania, spęczania i skręcania. Najbardziej popularna jest próba rozciągania, w którejmateriały nadplastyczne osiągają duŜe wydłuŜenie względne, w związku z tym najczęściejpodaje się jego wartość w charakterystyce własności fizykomechanicznych materiałów.W próbie rozciągania obserwuje się duŜą równomierność wydłuŜenia bez przewęŜenia lubz niewielkim przewęŜeniem, powstałym w chwili utraty stateczności próbki, spowodowanymzanikiem nadplastycznych własności materiału, niejednorodnością kształtu lubmikrostruktury. Podczas prób rozciągania wartość rzeczywistego napręŜenia płynięciaplastycznegoσzaleŜy od wielkości odkształcenia, temperatury, ciśnienia, napięciapowierzchniowego i wielu innych czynników. JeŜeli załoŜymy,ŜewydłuŜenie będzie sięodbywać w temperaturze pokojowej przewyŜszającej 0,4 TT(TT– temperatura topnienia),przy małych prędkościach odkształcenia i proces będzie izotermiczny, to napręŜenie płynięciaplastycznego jest funkcją wielkości odkształcenia i prędkości odkształcenia. ZaleŜność tąopisuje równanie:&&dσ=σ(ε)⋅dε+σ(ε)⋅dε(1)2przy załoŜeniu,Ŝe w kaŜdej chwili napręŜenieσzaleŜy od historii odkształcenia materiału iŜemałe zmiany napręŜenia zaleŜąliniowo od małych zmian stopnia odkształceniaεi prędkościodkształceniaέ. Równanie to moŜna opisaćw postaci:&σ=k⋅εn⋅εm(2)Jest to empiryczne równanie (konstytutywne) stanu materiału o cechach lepko – plastycznych,a więc materiału, w którym napręŜenie plastycznego płynięcia jest czułe zarówno naodkształcenie jak i na prędkośćodkształcenia. Parametr n określa czułośćnapręŜeniauplastyczniającego materiału na stopieńodkształcenia, a więc podatnośćdo umocnienia przezodkształcenie. Wzory (1) i (2) słuŜądo wyznaczenia parametrów n i m, które moŜna zapisaćw postaci:dlogσdlogεdlogσm=&dlogεn=(3)(4)W temperaturze wyŜszej niŜ0.4 TTw czasie pełzania lub przeróbki plastycznejwartośćwykładnika m wzrasta powyŜej 0.2, natomiast wykładnik umocnienia n maleje dozera. Wartości m bliskie jedności otrzymuje sięprzy rozciąganiu gorących szkieł, którecharakteryzująsięduŜąodpornościąna tworzenie szyjki.Cechącharakterystycznąstopów nadplastycznych jest to,Ŝe wykładnik m zawarty jestw przedziale 0.3 < m < 0.8, co zapewnia znacznąodpornośćna tworzenie szyjki, a tymsamym zdolnośćdo wielkich wydłuŜeń. Parametr m, określający czułośćnapręŜeniauplastyczniającego materiału na prędkośćodkształcenia, jest cechącharakterystycznąmateriałów nadplastycznych.Pomiar parametru m w próbie rozciąganiaIstnieje kilka metod pomiaru parametru m, a niektóre z nich oparte sąo próbęrozciągania. Wyznaczenie parametru m dokonuje sięw oparciu o zarejestrowanąkrzywąrozciągania, uzyskanąpodczas odkształcania ze skokowo zmiennąprędkością, coprzedstawiono na rys. 1.Rys. 1. Przedstawienie krzywej rozciągania do wyznaczania parametru m; F – siła rozciągania, t – czas,v1– mniejsza prędkość rozciągania, v2– większa prędkość rozciągania [3]3Spośród kilku metod do wyznaczania parametru m z próby rozciągania moŜnawyróŜnićdwie:Pierwsza metoda polega na pomiarze sił w dwóch punktach A i B. Zakłada się,Ŝe niezachodzą Ŝadne zmiany strukturalne w czasie odkształcenia plastycznego oraz pomija wpływzmian prędkości odkształcenia na parametr m. Zmiana obciąŜenia w funkcji czasuprzedstawiona na wykresie (rys. 1) powstaje w wyniku skokowej zmiany prędkościrozciągania z v1na v2. Rozciąganie z większąprędkościąprowadzi siędo momentu uzyskaniastanu ustalonego – punkt A. W celu wyznaczenia parametru m dokonuje sięekstrapolacjikrzywej do mniejszej prędkości rozciągania do punktu B, który odpowiada takiemu samemuodkształceniu, jak uzyskanemu przy większej prędkości rozciągania w punkcie A. Zakładając,Ŝe zmiana tego parametru w obszarze pomiaru jest niewielka, moŜna opisać:FAFBm1=Vlog2V1log(5)Druga metoda polega na wyznaczeniu siły w punktach F i F’. Punkty te odpowiadająpoczątkowemu przyrostowi (lub spadkowi) obciąŜenia wymaganego przez mikrostrukturędozaakomodowania zmiany prędkości odkształcenia. Według tej metody m oblicza sięzewzorów:FFFDm2=Vlog2V1logFD'FF'lubm4=Vlog2V1log(6, 7)Zaletądrugiej metody jest bardzo małe odkształcenie potrzebne do otrzymania ustalonychwarunków rozciągania.4PrzebiegćwiczeniaAnaliza czynników wpływających na wartość parametru m i napręŜenie płynięciaAnaliza przeprowadzona jest w oparciu o dane w pracy [6]. Wartości parametru m, tj.czułości na prędkośćodkształcenia dla stali UHC-3%Si wyznaczono w pracy [6]w badaniach plastometrycznych, realizowanych w temperaturze w przedziale od 650 do900ºC. Wyniki tych badańzostały przedstawione na rys. 2 dla temperatury 650 i 800ºC.NajwyŜsza wartośćwspółczynnika m = 0.5 została otrzymana przy temperaturze 800ºC dlaprędkości odkształceniaέ=0.01s-1.Rys. 2. Wpływ temperatury i prędkości odkształcenia na współczynnik m [6]Zachowanie sięstopów podczas odkształcania związane jest z mikrostrukturąi warunkami odkształcania. W pracy [4] został zbadany wpływ aluminium na temperaturęprzemianyα → γoraz na odkształcalnośćw podwyŜszonych temperaturach stali UHCS-10Al-1.5Cr-0.5Mn-0.1Mo-1.5C. Stal została poddana obróbce termomechaniczneji termicznej. Próbki z tej stali rozciągano w zakresie temperatury 750 - 1000ºC z prędkościąodkształcenia 10-2i 10-4s-1. Na rys. 3. przedstawiono zaleŜnośćnapręŜenia płynięcia odtemperatury przy rozciąganiu przy zadanych prędkościach odkształcenia.Rys. 3. NapręŜenie płynięcia w zakresie temperatur 750 - 1000ºC przy prędkościodkształcenia 10-2i 10-4[4]5 [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

happyhour.opx.pl