Процес кристалоутоврення. Механічні властивості та дефекти матеріалів

?G = ?H - T?S,

де ?H - зміна ентальпії (тепломісткості системи);

?S - зміна ентропії системи при перетворенні;

Т - абсолютна температура;

?H показує зміну енергії системи під час перетворенні (тепловий ефект перетворення);

?G показує працездатність системи, тобто дорівнює роботі п роцесу за винятком роботи проти зовнішнього тиску.

Рівняння відбиває той факт, що не вся енергія системи може бути перетворена в роботу; частина її, що дорівнює T ?S, не використовується; ця зв'яза -на енергія пропорційна зміні ентропії ?S у процесі перетворення. Ентропія хар- актеризує упорядкування в розташуванні атомів під час кристалізації.

?S =Q/Т

де Q - теплота, Т-температура.

Умовою принципової можливості процесу є нерівність ?G < 0. Він реалізується поки система не досягне рівноваги: ?G = 0.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Самостійна кристалізація зумовлена прагненням речовини мати більш стійкий стан, який характеризується зменшенням термодинамічного потенціа -лу. З підвищенням температури термодинамічний потенціал речовини як у тве- -рдому так і в рідкому станах зменшується, що пок азано на рисунку 4.1

Температура, за якої тер- модинамічні потенціали речо -вини в твердому і рідкому ста- ні рівні, називається рівноваж- ною температурою кристаліза- ції Т_S.

Кристалізація відбуває- ться в томувипадку, якщо термодинамічний потен- ціал речовини в твердому стані буде менше термодинамічного потенціалу речовини в рідкому стані, тоб- то під час переохолодження рідкого металу до темпе -ратур нижче рівноважної Т_S.

Плавлення - процес зворотний кристалізації, відбувається за температури вище рівноважної, тобто під час перегріву.Оскільки рідкий метал із властивим йому ближнім порядком у розташуванні атомів володіє більшою внутрішньою енергією, ніж твердий зі структурою далекого порядку, під час кристалізації ви- діляється теплота. Її значення залежить від сил міжатомного зв'язку - для різних металів змінюється від 2500 Дж/моль (Na, K та ін.) до 20000 Дж/моль (W та ін.).

Різниця між теоретичною та фактичною температурою кристалізації називається ступенем переохолодження: ?T= ТS - Тn. Чим більше ступінь переохо- лодження ?T, тим більше різниця термодинамічних потенціалів G, тим інтенсиівніше буде відбуватися кристалізація.

Ступінь переохолодження залежить від природи металу. Вона збільшує- ться з підвищенням чистоти металу та зростаннямшвидкості охолодження. Зви - чайно ступінь переохолодження металів під час кристалізації у виробничих умовах коливається від 10 до 30°?С; за великих швидкостей охолодження може досягати сотень градусів. Ступінь перегріву під час плавлення металів, як правило, не перевищує декількох градусів.

Несамостійна кристалізація. У реальних умовах процеси кристалізації значною мірою залежать від наявних готових центрів кристалізації.

Такими центрами, як правило, є тугоплавкі частки неметалічних включень, оксидів,металевих з'єднань, утворених домішками. До початку кристалі -зації центри знаходяться в рідкому металі у вигляді твердих включень. Під час кристалізації атоми металу відкладаються на поверхні домішок, як на готовому зародку. Така кристалізація називається несамостійною чи гетерогенною. За не- самостійної кристалізації роль зародків можуть відігравати й стінки форми.

Наявність готових центрів кристалізації призводить до зменшення розмі- ру кристалів під час затвердіння. Ефект здрібнювання структури значно збільшується при дотриманні структурної та розмірної відповідності (розбіжності в міжатомних розмірах не повинні перевищувати 5 -7%) домішкової фази з основним металом, що сприяє сполученню їхніх кристалічних решіток.

У рідкому металі можуть бути присутніми й розчинені домішки, що також викликає здрібнювання структури, яка сприяє поліпшенню механічних властивостей металу. На практиці для здрібнювання структури металів і сплавів широко застосовують технологічну операцію, яка називається модифікуванням.

Вона полягає у введенні в рідкий сплав перед розливанням спеціальних добавок (модифікаторів) - від тисячних до десятих часток відсотк а. Як модифі- катори використовують ПАВ (наприклад, бор у сталі, натрій в алюмінії та його сплавах) і елементи, що утворюють тугоплавкі тонко дисперсні частки (титан, цирконій в алюмінії та його сплавах; алюміній, титан у сталі).

2. Механізм процесу кристалізації

Процес кристалізації складається з двох процесів: зародження центрів

кристалізації та росту кристалів з цих центрів. За температур, близьких до темтемператури твердіння, у рідкому металі утворюються невеликі угруповання атомів, у яких атоми упаковані також, як у твердих кристалах. З них утворюються зародки чи центри кристалізації. Зі збільшенням ступеня переохолодження зростає число центрів кристалізації, що утворюються за одиницю часу.

Навколо центрів кристалізації, що утворилися, починають рости кри стали. Одночасно в рідкій фазі утворюються нові центри кристалізації. Збільшення загальної маси затверділого металу відбувається як за рахунок виникнення нових центрів кристалізації, так і за рахунок росту існуючих. Сумарна швидкість кристалізації залежить від ходу обох процесів. Вона визначається швидкістю зародження центрів кристалізації (ШЗ) і швидкістю росту кристалів з цих цен- трів (ШР). Величини ШЗ і ШР залежать від ступеня переохолодження. За рівно- важної температури ?T = 0 і ШЗ = 0, ШР = 0 (відсутнє переохолодження). Зі збільшенням ?T зростає термодинамічний потенціал і за гарної рухливості атомів (дифузії) ШЗ і ШР ростуть і досягають максимуму.

Наступне зменшення ШЗ і ШР пояснюється зниженням рухливості атомів за спаду температури. За малих значень к оефіцієнта дифузії утруднено перебудову атомів рідини в кристалічні решітки твердого тіла. За дуже сильного переохолодження, точніше при великій швидкості охолодження ШЗ і ШР знову до- рівнюють нулю та рідина не кристалізується, а перетворюється в аморфне тіло.

Такі аморфні метали володіють низкою корисних властивостей (висока пластичність, температура плавлення і т.ін.), що використовується в сучасних технологіях.Під час кристалізації реальних злитків і виливків важливу роль відіграє н апрямок відведення тепла. Кристалізація починається від стінок форми. У напря мкувідведення тепла, тобто перпендикулярно до стінки форми кристал росте швидше,ніж в інших напрямках. Установлено також, що максимальна швидкість росту кристалів спостерігається по таких площинах і напрямку, що мають найбільшу щіль- ність упакування атомів. У результаті виростають дов- гі гілки, що називаються осями першого порядку. Одночасно на їх ніх ребрах відбувається зародження та ріст перпендикулярних їм осей другого порядку, потім третього і т.д.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

У результаті утвори- ться розгалужений дерево -подібний кристал, називаний дендритом (рисунок 4,2 а, б).

Дендрити ростуть доти, поки не стикнуться один з одним. Після цього остаточно заповнюється міжосний простір, і дендрити перетворюються в повноцінні кристали з неправильним зовнішнім огранюванням. Такі утворення назиназиваються зернами та кристаликами, а кристал, утворений з них поліристалом.

3. Одержання монокристалів

Велике наукове та практичне значення мають монокристали, тому що мамають мінімальні структурні недосконалості (відсутня зерниста структура).

Одержання монокристалів дозволяє вивчати властивості металів, виключивши вплив границь зерен та інших недосконалостей. Практично ідеальне розташування атомів у кристалічних решітках наближає їхню міцність до теоретичної. Монокристали можна одержати, якщо створити спеціальні умови для його росту; кристал повинен рости тільки з одного центра кристалізації. З цієї причини монокристали вирощують тільки в лабораторних умовах визначеного діаметра та довжини (у вигляді «вусів» - діаметр значно менший від довжини кристалу). Існує кілька методів для вирощування монокристалів, найваж -ливішими з яких є методи Бріджмена та Чохральского.Метод Бріджмена поля- гає в наступному (рисунок 3.3а): метал, поміщений у тігель з конічним дном 3, нагрівається у вертикальній трубчастій печі 1 до температури на 50-100 °?С вище температури його плавлення. Потім тигель з розплавленим металом 2 повільно видаляється з печі. Охолодження настає в першу чергу на вершині конуса,де і з'являються перші центри кристалізації. Монокристал 4 виростає з того зародка, у якого напря- мок переважного росту збігається з напрямком переміщення тигля. При цьому ріст інших зародків придушується. Для безупинного росту монокристала не- обхідно витягати тигель з печі зі швидкістю, що не перевищує швидкість крис -талізації даного металу.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Метод Чохральського (рисунок 4.3 б) складається з витягування монокристалу з розплаву. Для цього використовується готовий зародок -невеликий зразок, вирізаний з монокристала по мо жливості без структурних дефектів. Зародок вводиться в поверхневий шар рідкого металу, що має температуру ледве вищу за т емпературу плавлення. Площина зародку, що стикається з поверхнею розплаву, повинна мати кристалографічну орієнтацію, що бажано одержати в зростаючому монокристалі для забезпечення тих чи інших властивостей. Зародок витримують у рідкому металі для оплавлення та встановлення рівноваги в системі рідина-кристал. Потім зародок повільно, зі швидкістю, яка не переви- щує швидкість кри сталізації (1-2 мм/хв) видаляють з розплаву. Рідкий метал, що тягнеться за заро дком, в області більш низьких температур над поверхнеюванни кристалізується, успадковуючи структуру зародку. Для одержання симе- тричної форми зростаюч ого монокристала та рівномірного розподілу домішок у ньому ванна з розплавом обертається зі швидкістю до 100 об/хв, а назустріч їй з меншою швидкістю обе ртається монокристал.

Діаметр зростаючого монокристала («вуса») залежить від швидкості вирощування та температури розплаву. Сучасна технологія дозволяє вирощувати кристали кремнію діаметром 150 мм, а в найближчому майбутньому, можливо, удасться одержати кристали діаметром до 200 мм. Виростити кристали великих діаметрів дуже важко, тому що теплові потоки, які виникають в розплаві призводять до утворення порушень у структурі кристала. Потоки в розплаві створюються за рахунок наявності в ньому градієнтів температури та густини.

Щоб сповільнити рух рідини, дослідники намагаються впливати на тигель з розплавом магнітним полем. Крім того, оскільки грав ітаційне поле є однією з причин виникнення потоків у розплаві, привабливою уявляється ідея вирощувати кристали на борті космічних станцій.

Дуже перспективне вирощування монокристалів у космосі, де вдало сполучаються глибокий вакуум і невагомість.Космічний вакуум до 10-13Па, практично недосяжний у земних умовах, сприяє значному очищенню від домішок. Унаслідок того, що в невагомості сили гравітації мізерно малі, у розплавах пра- ктично не виникає конвекція, що у земних умовах викликаєнестабільність па -раметрів росту кристалів. Відсутність конвекції не виключає утворення мікро- порушень, викликаних іншими причинами. Проте монокристали, вирощені в космосі, досконаліші за структурою, розподілом легуючих добавок (домішок) і кращі за властивостями, значно більші за ро змірами.

Лекція 5. Фазов перетворення в славах

1. Побудова діаграми стану

Діаграма стану являє собою графічне зображення залежності температур часткових перетворень у сплавах від їхньої сполуки. Метою вивчення діаграм стану є:

1. Навчитися по наявній діаграмі стану подумки представляти механіз- ми процесів фазових перетворень при зміні температури сплавів;

2. Установлення характеру рівноважних фаз і структури в сплавах при різних температурах;

3. Грунтуючись на знаннях факторів, що впливають на процеси криста -лізації, навчитися передбачати, які зміни в будові сплавів можуть мати місце при нерівноважних умовах кристалізації й охолодження;

4. Навчитися розуміти, чим обумовлені найважливіші механічні й тех- нологічні властивості сплавів у відповідному фазовому й структурному стані.

Методику побудови діаграми стану розберемо на прикладі побудови діаграми стану системи Cu-Ni, компоненти якої необмежено розчиняються один в одному як у рідкому так і у твердому стані. Будуємо систему координат. На осі ординат відзначається зміни температури, на осі абсцисі - зміни сполуки сплавів. При цьому лівий і правий кінці цієї осі відповідають чистим компонентам Cu і Ni. Будь-яка крапка між Cu і Ni на осі абсцис відбиває сталь певного складу.

Для встановлення температур фазових перетворень сплавів необхідно:

1. Розплавити сплави й провести повільне охолодження, фіксуючи залежність зниження температури від часу охолодження.

2. Побудувати криві охолодження кожного сплаву.

Температури початку й кінця фазових перетворень є критичними температу -рами.

Крива 1, 1^', 1^", 1^'", 2, що характеризує температури, вище яких сплави перебувають у рідкому стані, називається лінією ліквідусу.

Крива 12'2''2"'2, що відповідає температурам, нижче яких сплави перебувають у твердому стані, називається лінією солідуса.

По діаграмі стану можна встановити, чи є кристалічна фаза, що утвориться тв. розчином, хімічною сполукою або чистим компонентом. Для цього потрібно навчитися по діаграмі стану визначати склад фаз.

Розглянемо сплав складу m' у точці к при температурі Т₂. Міркуючи логічно можна сказати, що при температурі Т₂ є рідина складу m' і кристали того ж складу m'. Виникає питання: у чому ж розходження між кристалами й рідиною - температура та сама, склад той самий, стало бути, ніяких розходжень між рідиною й кристалами немає. Потрібно вирішити протиріччя, шукати в чому розходження в цих фаз при даній температурі.

Закон термодинаміки показує, що стійким є такий стан, термодинамічний потенціал якого мінімальний. Оскільки в сплавів m' при температурі Т₂ існує дві фази - кристали й рідина, то стійкими будуть фази, які мають мінімальне значення термодинамічних потенціалів.

На мал. наведене значення термодинамічних потенціалів твердої Gт і рідкої Gж фаз залежно від складу або температури Т₂. Із графіка видно, що має місце Gmin при складі q' і Gmin при складі р'. Це значить, що Т₂ у точці к стійкіше, буде тверда фаза складу р' і рідка фаза складу q'. Логічно вивести важливе правило для визначення рівноважного складу фаз у двох важливих областях діаграми стану в заданій точці, що називається фігуративною, необхідно, через цю точку провести горизонтальну лінію до перетинання з лініями ліквідуса й солідуса діаграми стану.

Проекція точки перетинання ізотерми з лінією ліквідус на концентраційну вісь визначає склад рідкої фази. Проекція точки перетинання ізотерми з лінією солідус на концентраційні осі визначає склад твердої фази.

Незважаючи на те що склад фаз кристалізації безупинно змінюється, при рівноважній кристалізації дифузійні процеси встигають вирівняти склад фаз, привівши їх у відповідність із діаграмою стану.

Визначення об'єму фаз. Нехай потрібно визначити кількість рідкої фази Ж и твердої фази б при температурі точки к сплаву складу m'. Якщо прийняти загальну кількість сплаву за одиницю, а кількість твердої фази позначити Х, то кількість рідкої фази буде (1-Х). У сплаві є m% компонента В, що при температурі точки к розподіляється між рідкою й твердою фазами.

Кількість компонента В у рідкій фазі відповідає відрізку Аq', а кількість У в твердій фазі відрізку Ар'.

1. Складемо рівняння щодо компонента В, кількість якого в сплаві визначається відрізком Аm'. Його кількість у твердій фазі х• Ар', а в рідкій фазі (1-х)Аq'. Очевидно, що

х •Ар'-1 (1-х) Аq'=Аm'

х• (Ар'-Аq')=Аm'-Аq'

по Ар'-Аq' = р'q' = рq; х = б =кq/рq, тоді 1-х = кр/qр

Для визначення масової або об'ємної кількості фази в заданій точці двофазної області потрібно провести через цю точку ізотерму й розділити довжину відрізка ізотерми, протилежного складу даної фази, на загальну довжину ізотерми, або для визначення масової кількості твердої фази необхідно обчислити відношення довжини відрізка, що примикає до складу рідкої фази, до довжини всієї каноди; для визначення кількості рідкої фази відношення довжини відрізка, що примикає до складу твердої фази, до довжини каноди. кристал механічний деформація матеріал

Кристали твердого розчину, що виділяються, мають змінний склад, що залежить від температури. Однак при повільному охолодженні процеси дифракції в рідкій і твердій фазах (об'ємна дифузія) устигають за процесом кристалізації, тому сполука кристалів вирівнюється.

2. Правило фаз

Діаграми фазової рівноваги характеризують остаточний або граничний стан сплавів, тобто отриманий після того, як всі перетворення в них відбулися й повністю закінчилися, цей стан сплаву залежить від зовнішніх умов (темпера- тури, тиску) і характеризується числом і концентрацією фаз, що утворилися. Закономірність зміни числа фаз у гетерогенній системі визначається правилом фаз. Правило фаз установлює залежність між числом ступенів волі, числом компонентів і числом фаз, і виражається рівнянням

С=К+2-Ф

де С- число ступенів волі системи;

К- число компонентів, що відображають систему, тобто мінімальне число хімічних елементів, необхідних для утворення будь-якої фази системи;

2- число зовнішніх факторів;

Ф- число фаз, що перебувають у рівновазі.

Під числом ступенів волі розуміють можливість зміни температури, тиску й концентрації без зміни числа фаз, що перебувають у рівновазі.

При вивченні фізико-хімічних рівноваг на зовнішні фактори, що вплива- ють на стан сплавів, приймають до уваги температуру й тиск.

Застосовуючи правило фаз щодо металів, можна в багатьох випадках прийняти тільки один зовнішній фактор, що змінюється, - температуру, тому що тиск, за винятком дуже високого, мало впливає на фазову рівновагу сплавів у твердому й рідкому стані. Тоді рівняння прийме наступний вид :

С=К+1-Ф

Тому що число ступенів волі не може бути менше нуля й не може бути дробовим числом, тоді К-0+1>0, а Ф?К+1, тобто число фаз у сплаві, що перебуває в рівноважному стані, не може бути більше, ніж число компонентів плюс одиниця. Отже в подвійній системі в рівновазі може перебувати не більше трьох фаз, у потрійний - не більше чотирьох і т.д.

Ф?К+1

2. Діаграма стану сплавів, що відображає обмежені тверді розчини. Обмежена розчинність найчастіше зустрічається в металевих сплавах.



Як видно з малюнка при температурі t₁ енергія Гіббса рідкої фази нижче, ніж енергія Гіббса л і в - фаз, тому вище лінії ліквідусу асв стійка лише рідка фаза. Лінія adceд - лінія солідус. При температурах нижче лінії солідус сплави мають меншу енергію Гіббса в кристалічному стані; в інтервалі концентрацій of стійкий розчин л (твердий розчин компонента В в А), в інтервалі концентрацій fk суміш двох фаз л и в - розчинів і в інтервалі концентрацій К100 одна фаза - в -розчин (твердий розчин компонента А в В).

Метод лініями ліквідус і солідус у рівновазі перебувають дві фази: : л або в -тверді розчини й рідка фаза Ж. При температурах і відповідних лініях ае, з рідкого сплаву виділяються кристали другого твердого розчину; а лінії св - кристали в - твердого розчину.Лінії ас і св не тільки відповідають температурам початку кристалізації сплавів різного складу, але й показують ступінь насичення рідкої фази компо- нентами А и В, тобто є лініями розчинності, точка d характеризує граничну розчинність компонента В у А, точка е - компонента А в В при температурі t_ев, а точки f і k характеризують граничну розчинність відповідності компонентів В в А й А в В при нормальній температурі.

Таким чином, лінії df характеризують зміни розчинності компонента В у А, а лінії ек - зміна розчинності компонента А в В зі зміною температури; ці лінії початку кипіння граничної розчинності. Сплав, що відповідає точці с (у нашому випадку 55% В), затвердіє при постійній температурі t_ев. При темпе- ратурі трохи нижче t_е сплав стає насиченим .

Лекція 6. Полімери -основа неметалічних матеріалів

1. Будова полімерів та їхкласифікація

До природних полімерів відноситься численна група речовин тваринного й рослинного походження: бавовна, шовк, вовна, шкіра, натуральний каучук. Особливе значення мають синтетичні полімери, одержані синтезом низькомолекулярних речовин. Синтетичні полімери є продуктами хімічної переробки нафти, природних газів, кам'яного вугілля, горючих сланців.

Полімерні матеріали дають великий ефект: при їхньому використанні, 1 метр капронового волокна у виробництві автомашин вивільняє 4-6 м. натуральних волокон. У виробництві побутових виробів, 1 метр пластмаса вивільняє 5-6 м чорних і кольорових металів.

Для успішного використання матеріалів на основі полімерів, необхідно добре уявляти особливості їхньої будови й обумовлені цим своєрідні властивості. Механічне перенесення закономірностей, що визначають поведінку металевих матеріалів під навантаженням, на полімерні матеріали призводить до грубих помилок.

Будова полімерів. Характерними рисами молекул полімерів є їх велика молекулярна маса й розміри. Залежно від форми й будови макромолекул полімери можуть бути лінійними, розгалуженими, сітчастими. Ланки ланцюгових макромолекул за складом можуть бути повністю ідентичні або відрізнятися. Щоб зрозуміти особливості властивостей полімерів, необхідно ознайомитися з будовою й властивостями лінійних ланцюгових молекул.

Особливістю ланцюгових молекул є їхня гнучкість, що обумовлена стійкістю молекул при поворотах окремих частин молекули відносно валентних зв'язків, завдяки чому можливий перехід молекул з однієї конфігурації в іншу без руйнування зв'язків між ланками молекул і між атомами в ланках, де має місце ковалентний характер зв'язку. Зв'язок між макромолекулами в рідкому або твердому полімері в більшості випадків має полярний характер і здійснюється слабкими силами Ван - дер - Вальсу. Можливі й інші види зв'язку. Однак у всіх випадках характерні властивості полімерів реалізуються тільки тоді, коли сили міжмолекулярної взаємодії залишаються значно меншими внутрішньо молекулярної взаємодії.

При оцінці властивостей полімерного матеріалу необхідно враховувати дві структурні одиниці:

а. - ланцюгову макромолекулу;

б. - ланки, з яких вона побудована.

Особливістю полімеру є те, що ці одиниці виступають незалежно одна від одної. Це є характерним тільки для полімерного матеріалу й призводить до виникнення своєрідного комплексу властивостей цих матеріалів.



Значний вплив на властивості полімерного матеріалу вносить ступінь упорядкованості ланцюгових макромолекул у конденсованій фазі. У розплавленому стані ланцюгові макромолекули завжди більш впорядковані, ніж молекули низькомолекулярної рідини. Ступінь порядку в упорядкованого полімеру завжди менше, ніж у кристалі відповідної низькомо- лекулярної речовини, у зв'язку із труднощами правиль- ного впакування в кристалічну решітку громіздких ланцю- гових макромолекул.

У більшості випадків макромолекули групуються в пачки. Сутність пачкової теорії полягає в тому, що ліній- ні полімери складаються з «пачок» молекул (паралель- них пучків) як у кристалічному, так і в аморфному стані. Розходження кристалічного й аморфного стану визначається внутрішньою структурою самих пачок. Якщо ланцюги в пачці впорядковані не тільки по взаємному розташу- ванню, але й ланцюгів орієнтованих паралельно, то це буде відповідати кристалічному порядку (а). Якщо в поперечному перерізі пачок немає впорядкованості по відстані між ланцюгами, то така пачка утворить аморфну область (в). Випадок (б) відображає проміжну структурну форму полімерної речовини, коли осі ланцюгів розташовані впорядковано. Такий проміжний стан має місце в деяких полімерів. У них одночасно сполучаються елементи строгої кристалічної впорядкованості й елементи майже повного безладдя. Пачкова теорія добре пояснює невелику відмінність в густині аморфного й кристалічного стану полімеру. Процес кристалізації полімеру в цьому випадку пояснюється досить просто: перебудова забезпечується поворотом азимутів ланцюгів.

Через малу рухливість макромолекул полімери можна досить легко переохолодити до нормальної температури без кристалізації їх. У цьому випадку утвориться стклоподібний стан полімерів.

Релаксаційні явища в полімерах. Релаксаційними називаються процеси переходу системи з нерівновагого в рівноважний стан, які протікають під час впливу на систему силового поля.

Незважаючи на те, що будь-який процес протікає в часі, явище релаксації може бути виявлене лише тоді, коли час спостереження за процесом більше часу релаксації. Якщо позначити ?Х відхилення вимірюваної величини від рівноважного значення в цей момент часу t, то

де - відхилення вимірювальної величини в момент спостереження t=0;

ф - час релаксації процесу. При t=ф величина , тобто за час релаксації змінюється в 2,7 рази. Щоб зрозуміти вплив релаксації на властивості полімеру розглянемо процес плину звичайної рідини. При досить високій температурі сила міжмолекулярної взаємодії мала, завдяки чому час перегрупування молекул дуже малий 10^-8…10^-10с. При зниженні температури час перегрупування молекул зростає - рідина густіє. При низьких температурах, якщо рідина не закристалізується , час релаксації перегрупування молекул настільки великий, що рідина буде проявляти властивості твердого тіла, перебуваючи у склоподібному стані.

З вище сказаного випливає , що час релаксації перегрупування молекул, подібно в'язкості рідини, визначається співвідношенням енергії взаємодії й енергії теплового руху молекул. У зв'язку з великими розмірами і гнучкістю макромолекул полімерів, переміщень частин молекул - атомів, ланок, груп ланок, що утворять сегменти й макромолекули в цілому - потребує досить різної енергії активації.

2. Термомеханічні властивості полімерів

Взявши за основу відмінність енергії активації процесів переміщення різних за розмірами елементів макромолекули, розглянемо характер процесів, що відбуваються в лінійному полімерному матеріалі з неорієнтованим (аморфним) розташуванням молекул при зміні температури. Макромолекули в такому полімері при вільному обертанні відрізків молекули (ланок) навколо хімічних зв'язків звичайно перебувають у скрученому стані (у стані 2 і 3 на рис 1). При низьких температурах атоми в молекулі роблять теплові коливальні рухи біля по- ложень рівно- ваги.

Ділянки молекул (лан- ки), а тим більше ціла молекула нерухома. З підвищенням температури починається переміщення ланок і груп ланок - сегментів молекули. При високих температурах можливе переміщення цілих макромолекул. Ці явища накладають специфічний відбиток на поводження полімерного матеріалу під навантаженням при відповідних температурних умовах.

За характеристику полімерного тіла, що перебуває під навантаженням, приймають величину деформації, що розвивається, при даній температурі за певний час і при заданому значенні деформуючої напруги.

Графік зміни деформацій від температури при відзначених умовах навантаження називається термомеханічною кривою.

При Т<Тс реалізується лише тепловий рух атомів (стан 1 Рис. 1). При навантаженні практично миттєво відбувається пружна оборотна деформація тіла за рахунок деякого збільшення відстані між протонами й розпрямлення валентних кутів у молекулі. Час релаксації цих процесів дуже короткий. Зростання навантаження після досягнення граничної пружної деформації призводить до ламкого руйнування тіла, це має місце, коли температура нижче Тх або Тс або коли навантаження відбувається з великою швидкістю. Таке поводження полімеру відповідає склоподібному стану матеріалу. Пружні деформації становлять 2-5%, модуль пружності G=20-60 мпа. Навантаження при Т>Тс відбувається в умовах, коли ланки й сегменти молекул рухливі. Під дією напруг крім пружної деформації відбувається випрямлення ділянок - сегментів макромолекул без того, щоб молекула в цілому перемістилася в нове положення: (сост.2). Деформації можуть бути дуже великі. Усунення сили приводить до зворотного скручування молекул і відновленню розмірів тіла. Це відбувається зі швидкістю яка визначається часом релаксації цього процесу за даних умов. Час релаксації може бути досить тривалим. Поводження полімеру в таких умовах відповідає високоеластичному стану. Деформація, коли Т>Тт відбувається в умовах рухливого стану цілих макромолекул. Під навантаженням макромолекули переміщаються одна відносно другої. За рахунок цього досягається залишкова деформація, що залишається після усунення діючих навантажень.

Поводження полімерів у цих умовах відповідає в'язкотекучому стану d.

Температури Тс і Тт є важливими характеристиками лінійних полімерів. Кожному із цих станів відповідає область технічного застосування полімерів: виробництво волокон та конструкційних деталей потребує використання полі -мерів у склоподібному стані; гумова промисловість полімерів, що перебувають у високоеластичному стані, можлива в більше широкому інтервалі температур.

Всі процеси переробки полімерів вимагають переводу їх у текучий стан, що досягається підвищенням температури, або введенням полімеру в розчин.

3. Особливості руйнування неметалічних матеріалів

По фазовому стану полімери підрозділяються на аморфні й кристалічні.

Аморфні полімери однофазні й побудовані з ланцюгових молекул, зібраних у пачки. Пачка складається з багатьох рядів макромолекул, розташо- ваних послідовно один за одним. Пачки здатні переміщатися відносно сусідніх елементів, тому що вони є структурними елементами. Деякі аморфні полімери можуть бути побудовані на зв'язаних в клубки ланцюгах, так званих глобул.

Глоболярна структура полімерів дає не високі механічні властивості (легке руйнування на границях глобул). При підвищених температурах глобула розвертається в лінійні утворення, що сприяють підвищенню механічних властивостей полімерів. Структури в цих полімерах флуктуаційно, термодинамічно нестабільні й характеризуються відносно невеликим часом існування.

Кристалічні полімери утворяться в тому випадку, якщо їхні макромолекули досить гнучкі й мають регулярну структуру. Тоді при відповідних умовах можливий фазовий перехід усередині пачки й утворення просторових решіток кристалів. Гнучкі пачки складаються в стрічки шляхом багаторазового повороту пачок на 180^о. Потім стрічки, з'єднуючись один з одним своїми плоскими сторонами, утворять пластини. Ці пластини нашаровуються, у результаті чого виходять правильні кристали.

У тому випадку, коли утворення з більш дрібних структурних елементів правильних об'ємних кристалів утруднено, виникають сфероліти. Сфероліти складаються із променів, утворених чергуванням кристалічних і аморфних ділянок. У процесі орієнтації гнучкоцінних полімерів виходять фібрилярні структури, що складаються з мікрофібрил.

Кристалічні структури є дискретними, термодинамічно стабільними. Кристалізація відбувається в певному інтервалі температур. У звичайних умовах повної кристалізації не відбувається й структура виходить двофазною. Кристалічність повідомляє полімеру більшу щільність і твердість, а також теплоємність. При тривалому зберіганні, експлуатації й переробці надмолекулярні структури можуть зазнавати змін. У такий спосіб кристалізація полімерів приводить до втрати високоеластичних властивостей полімерів. Це відбувається тому, що впорядковане розташування молекул утрудняє їхній перехід з однієї конформації в іншу, що є необхідною умовою для прояву високоеластичних властивостей. З цієї ж причини кристалізація м'якого полімеру супроводжується збільшенням твердості й збільшенням модуля пружності полімерного матеріалу. Властивості міцності залежать від режиму кристалізації.

Видно з Рис., що здрібнювання структури полімеру (зерен) призводить до більш високої міцності й пластичності. Наявність аморфної фази в кристалі полімеру призводить до часткового утворення в полімері засклованого стану, що приводить до підвищення крихкості полімерного матеріалу. Пластична деформація кристалічного полімеру відбувається шляхом відносного зрушення великих елементів надмолекулярної структури.

Особливості будови полімерів дуже впливають на їх фізико - хімічні й хімічні властивості. У наслідок високої молекулярної маси вони нездатні переходити в газоподібний стан, при нагріванні утворювати низьков'язкі рідини. З підвищенням молекулярної маси зменшується розчинність.

Полідисперсність, властива полімерам, призводить до отримання показників у досить широкому діапазоні, при визначенні фізико-механічних властивостей полімерних матеріалів. Механічні властивості полімерів, залежать від їхньої структури, фізичного стану, температури й т.д. Полімери можуть перебувати у фізичних станах: стклоподібному, високоеластичному і в'язкотекучому. Склоподібний стан - твердий, аморфний (атоми входять до складу молекулярного ланцюга, роблять коливальний рух біля положення рівноваги; рух ланок і зміна макромолекул не відбувається).

Високоеластичний стан, властивий тільки високополімерам, характеризується здатністю матеріалу до більших оборотних змін форми при невеликих навантаженнях (коливаються ланки й макромолекули, мають здатність згинатися).

В'язкотекучий стан нагадує рідкий стан, але відрізняється від нього дуже великою в'язкістю (рухлива вся молекула). Зі зміною температури лінійний або розгалужений полімер може переходити з одного фізичного стану в інший.

t_с - температура склування

t_т - температура кристалізації

t_х - початок хімічного розкладання

Полімер із просторовою структурою перебувають тільки в склоподібному стані. Рідкосітчаста структура дозволяє одержати полімери в склоподібному і високоеластичному стані. Різні фізичні стани виявляються при зміні його деформації з температурою. Графічна залежність деформацій, що розвивається за певний час при заданій напрузі, від температури початку термомеханічної кривої. На кривих є три ділянки, що відповідають трьом фізичним станам. Для лінійного полімеру, що не кристалізується, Область 1 - область пружної деформації (Е=2-5%), пов'язана зі зміною відстані між частками речовини. При температурі нижче t_хр полімер ставатиме ламким. Руйнування відбуваються в результаті розриву хімічних зв'язків у макромолекулі. В області 1 невеликі напруги викликають переміщення окремих сегментів макромолекул і спричинюють їхню орієнтацію в напрямку діючої сили. Після зняття навантаження, молекули, в результаті дії міжмолекулярних сил , набувають первісної рівноважної форми. Високоеластичний стан характеризується значними оборотними деформаціями біля точки t_т крім пружної й високоеластичної деформації виникає й пластична.

Кристалізація полімеру нижче температури плавлення - кристалізація t_к - є твердими, але мають різну твердість (крива 2) у результаті наявності аморфної частини, що може перебувати в різних станах. При t_к кристалічна частина плавиться й термомеханічна крива майже стрибкоподібно досягає ділянки кривої 1, що відповідає високоеластичній деформації, як у некристалічного полімеру. Рідкосітчасті полімери мають термомеханічну криву типу 3. Вузли сітки перешкоджають відносному переміщенню полімерних ланцюгів. У зв'язку із цим, при підвищенні температури, в'язкого плину не наступає, розширюється високоеластична область, і її верхня границя стане температура хімічного розкладання полімеру (t_к ). Температурні переходи (t_с t_т ) є одними з основних характеристик полімерів. Міцність, залежність напруги від деформації для лінійних і сітчастих полімерів різні. Лінійні полімери в склоподібному стані мають деяку рухливість сегментів, тому полімери не так тендітні, як неорганічні речовини. Під дією більших напруг у склоподібному по- лімері розвиваються значні деформації, які по своїй природі близькі до високо- еластичних. Ці деформації називаються вимушено еластичними. Вони пролягають в інтервалі температур t_хр t_с ,а при нагріванні вище t_с вони стають оборотними.

а) Максимум на кривій відповідає умові й називається межею змушеної еластичності. У полімерів із щільною сітчастою структурою під дією наванта- ження виникає пружна й високоеластична деформація, пластична деформація звичайно відсутня (фенольформальдегідна смола). У порівнянні з лінійними полімерами пружні деформації становлять відносно більшу частину високо -еластичної деформації. Природа високо еластичної деформації, як і в лінійних полімерах, складається в оборотній зміні конформації полімерної молекули, але максимальна деформація при розтяганні звичайно не перевищує 5-15%.

Для кристалічних полімерів залежність напруги від деформації виражаються лінією із чіткими переходами. На першій стадії (1) подовження пропорційно діючої сили. Потім раптово на зразку виникає «шийка», після чого подовження зростає при постійному значенні сили до значної величини. На цій стадії шийка (уч. 2) подовжується за рахунок більш товстої частини зразку. Після того як весь зразок перетвориться в шийку, процес переходить у третю стадію (уч. 3), що закінчується розривом. За структурою й властивостями вихідного зразка: елементи кристалічної структури орієнтовані в одному напрямку ( відбувається рекристалізація).

Лекція 7. Механичні властивості матеріалів. Види деформації

1. Загальна характеристика механічних властивостей. Твердість

Під механічними властивостями розуміють характеристики, що визначають поводження металу під дією прикладених зовнішніх механічних властивостей.

До механічних властивостей звичайно відносять опір металу деформації (міцність) і опір руйнуванню (пластичність, в'язкість, а також здатність металу не руйнуватися при наявності тріщин). У результаті механічних випробувань одержують числові значення механічних властивостей , тобто значення напруг або деформацій, при яких відбувається зміна фізичного й механічного стану матеріалу.

Для рішення практичних завдань металознавству необхідно визначати як стандартні механічні властивості, так і критерії конструктивної міцності.

1.) Випробування на розтягання.

Характеристики матеріалів у₀₂, у_в, ш, д, Е - є базовими - вони включаються в ДЕРЖСТАНДАРТ на поставку конструкційних матеріалів, зокрема випробувань, а також входять у розрахунки міцності й ресурси. д=(l_к - l₀)100/l, ш=(F₀ - F_к)100/F₀ , l_к і l₀ - довжини відрізка, F₀ і F_к - площа поперечного перерізу зразка до й після розвантаження.

2) випробування на стиск для чавуну, литих алюмінієвих сплавів і міцних матеріалів, ламких при розтяганні, застосовують випробування на стиск (ДЕРЖСТАНДАРТ 25.503-80). Ці матеріали при розтяганні руйнуються шляхом відриву, при стиску руйнуються зрізом. При випробуванні визначають граничне значення міцності на стиск.

Твердістю називається властивості матеріалів чинити опір міцністній деформації при контактному впливі в поверхневому шарі. Вимір твердості, у наслідок швидкості й простоти здійснення, а також можливість без руйнування виробу судити про його властивості, набуло широкого застосування для якого якість металу в металевих виробах і деталях.

а) Визначення твердості по Брінеллю. Сутність методу полягає у вдавленні сталевої кульки діаметром Д мм, у зразок під дією навантаження F, (Н) і вимірювання діаметра відбитка d, мм, після зняття випробного навантаження. Якщо поверхню відбитка виражати через діаметр кульки до діаметра відбитка, то твердість за критерієм визначається по формулі:

При випробуваннях сталі й чавуну звичайно приймають D=10 мм і F=3 Н, при випробуванні алюмінію, міді , нікелю і їхніх сплавів D=10 мм і F=10⁴ Н, а при випробуванні м'яких металів свинець, олово D=10 мм і F=2500 Н. Чим менше діаметр відбитка, тим вище твердість між тимчасовим опором і числом твердості НВ прямопропорційно залежить для сталі ув=0,34 НВ.

б) Визначити твердість по Роквеллу. Сутність методу полягає у вдавленні наконечника з алмазним кінцем з кутом вершини 120^о під дією послідовно прикладених попереднього F₀ і основного F, навантажень і вимір залишкового поглиблення й глибини впровадження наконечника після зняття основного навантаження й збереження попереднього навантаження в один. вим. 0,002 мм. При використанні алмазного конуса F₀=100 Н F=500 Н. Число твердості виражається формулою HR=100-і, де е=(h-h₀)/0,002 мм (0,002 мм - ціна розподілу шкали індикатора приладу). Одиниця твердості по Роквеллу - безрозмірна величина, що відповідає основному переміщенню індикатора на 0,002 мм.

в) Твердість по Віккерсу полягає у вдавленні алмазного наконечника, що має форму правильної чотиригранної піраміди в зразок під дією навантаження Г і вимірі діагоналі відбитка відрізка d, що залишився після зняття навантаження.

Навантаження може мінятися від 10-1000 Н. Твердість по Віккерсу .

Метод використають для визначення твердості деталей малої товщини.

2. Зношування металів

При терті сполучених поверхонь має місце зношування, під яким розуміють процес відділення матеріалу з поверхні твердого тіла й збільшення його залишкової деформації при терті, що з'являється в поступовому вимірі розмірів і форми тіла.

Властивість матеріалу чинити опір, оцінюваний величиною зворотної швидкості зношування, прийнято називати зносостійкістю. У результаті зношування змінюються розміри деталі, збільшуються зазори між поверхнями, що викликають биття й стук. У наслідок цього виникає відмова машини.

Зношування є складним фізико-хімічним процесом і нерідко супроводжується корозією. При відносному переміщенні контактуючих матеріалів виникає сила тертя F, що перешкоджає взаємному переміщенню. Сила тертя дорівнює F=f*Fн; де Fн - нормальна складова зовнішньої сили, що діє на контактну поверхню, f - коефіцієнт тертя. Коефіцієнт тертя може бути визначений з рівняння: f= А(мн/ Fн). Чим нижче f, тим менше зношування. Частіше має місце корозійно-механічне або окисне зношування. Окисним називається зношування, при якому основний вплив на зношування робить хімічна реакція матеріалу з киснем. У результаті тертя на самій поверхні товщиною 10³ нм утвориться особлива структура, що містить велику кількість оксидів. Під вторинною структурою розташовується сильно деформований тонкий шар металу з високою щільністю дислокації. При нормальному окисному зношуванні руйнується тільки вторинна структура. Наявність вторинної структури визначається по Брінеллю

сталь, чавун D=10 мм і F=3*10⁴ Н,

Al, Cu, Ni і їхні сплави D=10 мм і F=10⁴ Н,

м'які метали D=10 мм і F=2500 Н,

По Роквеллу F₀=100 Н, F₁=500 Н.

HR=100^-e, e=(h-h₀)/0.002 мм

По Віккерсу HV=0.189F/d²

d - діагональ піраміди чотиригранного відбитка.

Розглянемо фізичні характеристики, які визначають конструкційну міцність металевих матеріалів.

Напруга відповідної граничної пружної деформації називається межею пропорційності.

у_пц=Р_пц/F₀,

у_пц - виражається в МПа

F₀ - площа поперечного перерізу

Р_пц - навантаження

При напрузі вище межі пропорційності у_пц відбувається рівномірна пластична деформація (подовження д і звуження ш поперечного перерізу зразка)

Тому що практично встановити точну межу в непружному стані неможливо, то встановлюють умовну межа пружності. Межею пружності вважається напруга, при якій залишкова деформація дуже мала. Залежно від допустимої деформації, межа пружності записується у_0,05, що означає напругу, яка стала причиною виникнення залишкової деформації 0,05%.

Напругу у_0,2, що викликає залишкову деформацію 0,2%, можна прийняти умовною границею текучості у_0,2=Р_0,2/F₀ , Р_0,2 - сила, що діє на зразок, F₀ - вихідний перетин зразка.

У ряду матеріалів з решіткою о.ц.к. з маловуглецевої сталі, при напрузі трохи вище межі міцності, на діаграмі розтягнення виникає площадка й матеріал деформується, без збільшення навантаження напруги, відповідно до цього стану матеріалу, називається плинністю (текучістю) і позначається у_т. По природі границя текучості у_т або умовна границя текучості, характеризує опір матеріалу малим пластичним деформаціям. Істинна або умовна границя текучості важлива розрахункова характеристика матеріалу. Діюча в деталі напруга повинна бути нижче границі текучості.

Розрізняють фізичні, хімічні, технологічні й механічні властивості. Фізичні властивості визначають поводження матеріалів у теплових, гравітаційних, електромагнітних, радіаційних полях. До фізичних властивостей відносяться: пластичність, температура плавлення, термічне розширення, магнітні характеристики, теплопровідність, електропровідність.

Під хімічними властивостями розуміють здатність матеріалів вступати в хімічну взаємодію з іншими речовинами, здатність чинити опір окисленню, проникненню хімічно активних речовин. Характерним прикладом хімічної взаємодії середовища й металу є корозія. Корозія завдає величезної шкоди промисловості. Для захисту від корозії застосовують покриття оброблені лаком, фарбами, більш стійкими металами. У деяких випадках у звичайних сталях застосовують більш стійкі сплави на основі алюмінію, міді, титану.

Технологічні властивості металів і сплавів характеризуються їх здатністю піддаватися гарячій і холодній обробці. Комплекс цих властивостей містить у собі технологічність при виплавці, гарячому й холодному деформуванні, обробці різанням, термічній обробці й особливо зварюванню. При конструюванні виробів у першу чергу керуються механічними властивостями матеріалів, що характеризують їх здатність чинити опір деформуванню й руйнуванню під впливом різного роду навантажень.

3. Пружна й пластична деформації

Деформацією називається зміна форм і розмірів тіла під дією напруг. Деформація, що виникає при порівняно невеликих напругах і зникає після зняття навантаження, називається пружною, а що зберігається - залишковою або пластичною. При збільшенні напруг деформація може закінчуватися руйнуванням.

Пружна й пластична деформація у своїй фізичній основі принципово розрізняються одна від одної. При пружній деформації відбувається оборотний зсув атомів з положення рівноваги в кристалічній решітці. Пружна деформація не викликає помітних залишкових змін у структурі й властивостях металу. Після зняття напруги атоми, що змістилися, під дією сил притягання або відштовхування повертаються у вихідне рівноважне положення й кристали набувають первинної форми. Пружні властивості матеріалів визначаються силами міжатомної взаємодії.

В основі пластичної деформації лежить необоротне переміщення одних частин кристала відносно інших. Після зняття навантаження зникає лише пружна складова деформації. Пластичність, тобто здатність металів перед руйнуванням переборювати значну пластичну деформацію, є одним з найважливіших властивостей металів. Завдяки пластичності здійснюється обробка матеріалів тиском. Пластичність дозволяє перерозподіляти локальні напруги рівномірно по всьому об'ємі металу, що зменшує небезпеку руйнування. Для металів процес пластичної деформації звичайно являє собою скупчення однієї частини кристала відносно іншої по кристалографічній площині й площинам ковзання з більш щільним упакуванням атомів. У результаті ковзання кристалічна будова частин, що переміщаються, не змінюється відносно попередніх.

Іншим механізмом пластичної деформації є двійкування. Як і ковзання двійкування здійснюється за рахунок зрушення, однак у цьому випадки відбувається зсув частини кристала в положення, що відповідає дзеркальному відображенню незрушеної частини.

При деформації двійникуванням, напруга зсуву вище, ніж при ковзанні. Двійникування звичайно виникає тоді, коли ковзання по тим чи інших причинах утруд- нено. Деформація двійкуванням звичайно спостеріга- ється при низьких температурах і високих швидкостях прикладання навантаження, тому що в цих випадках для ковзання необхідна висока напруга зрушення. Двійникування характерно для металів із ГП - решіткою.

Відповідно до конструкції процеси ковзання й двійникування здійсню- ються не одночасно зсувом однієї атомної площини відносно іншої, а послідов- ним переміщенням дислокації в площині зсуву. Завдяки тому, що для перемі- щення дислокації потрібні значно менші зусилля, ніж для твердого зсуву атомних площин, фактична напруга зрушення значно менша теоретичного.

Величина напруги необхідної для здійснення пластичної деформації, залежить від швидкості деформації й температури. Зі збільшенням швидкості деформації досягнення заданої деформації вимагає більших напруг, а при підвищенні температури значення необхідних напруг знижується. Таким чином, пластична деформація є термічно активізованим процесом. При зниженні температури границя текучості більшості металів зростає. Найбільш сильно вона збільшується в металах з ОИК і ГП - решіток.

4. Наклеп, повернення й рекристалізація

Після зняття навантаження, більше границі текучості, у зразку залиша- ється залишкова деформація. При повторному навантаженні зростає границя текучості металу, зменшується його здатність до пластичної деформації, тобто відбувається зміцнення металу. Зміцнення металу під дією пластичної дефор- мації називається наклепом.

При деформації зерна міняють свою форму й орієнтування, утворюючи волокнисту структуру переважної орієнтації кристала. Відбувається розворот безладно орієнтованих зерен осями найбільшої міцності уздовж напрямку деформації. Зерна деформуються й накопичуються, витягаючись у напрямку деформації.

Переважна кристалографічна орієнтація зерен уздовж напрямку деформації називають текстурою кристала. Утворення текстури сприяє появі ізотропних властивостей уздовж і поперек. При наклепі тимчасовий опір збільшується приблизно у два рази, а відносне подовження зменшується з 30 до2 %. Зміцнення при наклепі пояснюється істотним підвищенням щільності дислокації, характерним для процесу пластичної деформації. Щільність дислокацій збільшується в десятки разів і становить 10¹¹ - 10¹² см. Одночасно збільшується кількість крапкових вакансій і дислокованих атомів. Зі зростанням щільності дислокацій утрудняється їхнє переміщення. Одночасно змінюються фізико-хімічні властивості металу. Наклепаний метал має меншу щільність, більш високий електричний опір, меншу теплопровідність, у нього зменшується стійкість перед корозією. Ріст дефектів і виникнення внутрішніх напружень у результаті наклепу призводить до росту вільної енергії металу й він периходить у нерівноважний стан. Тривале , при кімнатній температурі, а тим більш нагрівання до 400 ос сприяє переходу молекул у більш стійкий структурний стан. При нагріванні до 400 ос відбувається зняття перекручувань кристалічної решітки. Однак видимих змін структури не відбувається й витягнута форма зерен зберігається. Цей процес називається поверненням металу. При наступному нагріванні відбуваються зміни мікроструктури наклепаного металу. З ростом температури рухливість атомів зросте й утворяться нові зерна замість орієнтованої волокнистої структури. Утворення нових рівноважних зерен називається рекристалізацією. Нові зерна виникають на границях блоків і старих зерен, тобто там де решітка найбільш перекручена при наклепі. Процес рекристалізації термодинамічно вигідний, тому що супроводжується зменшенням вільної енергії. У результаті первинної рекристалізації наклеп металу знімається й властивості наближаються до вихідних значень. Щільність дислокацій також зменшується. Температура початку рекристалізації пов'язана з температурою плавлення. Трекл=аТпл (а залежить від сполуки й структури металу). Для чистих металів а=0,3-0,4 для сплавів а=0,5-0,6. Причини зв'язку Тпл із Трек у тому, що обидві пов'язані зі зміною взаємного розташування атомів і для їхнього розвитку необхідна диффузиційна рухливість атомів. У сплавах домішки взаємодіють із дислокаціями й обмежується їхня рухливість, що утрудняє утворення зародків нових зерен і гальмує рекристалізацію. Тому температура рекристалізації сплавів вище, ніж у чистих металів.

...