Резина материал – классификация, эксплуатационные характеристики

Виды автомобильных шин — по каким признакам классифицируются

Шины обеспечивают надежное сцепление колес с дорогой. Также они выполняют функцию амортизации неподрессоренных узлов. В современном виде используются с конца 19 века, постепенно совершенствовались, что привело к нынешней эффективности и надежности. На данный момент автомобильные шины имеют большое количество разновидностей, что позволяет эффективнее подбирать их для конкретных условий.

По каким признакам классифицируются автошины

Виды автомобильных шин разделяют по целому ряду параметров, это упрощает выбор. В первую очередь разделяют по типу транспорта. Покрышки могут быть рассчитаны на легковые автомобили, грузовики, мототехнику, спецтранспорт. У грузовой резины существует подразделение еще и по особенностям конкретных автомобилей и осям. В зависимости от типа транспорта шины могут иметь разные размеры, протектор, допустимые нагрузки и прочие параметры.

Также разделяют по допустимым дорожным покрытиям. От правильного выбора зависит управляемость и некоторые другие нюансы.

По типу конструкции выделяют несколько разновидностей, отличающихся расположением корда.

Важным является разделение по сезону. Покрышки разделяют по возможности применения в определенное время года. От этого зависит безопасность движения, а также продолжительность эксплуатации покрышек.

Еще существует деление по протектору. Этот фактор влияет на управляемость, безопасность, а также возможность движения по разным покрытиям. Поэтому, его стоит учитывать при выборе.

Как устроена автомобильная шина

Автомобильная шина состоит в основном из резины, а также в основе ее лежит корд. Под резиной понимают смесь натуральных и синтетических каучуков, которые и составляют основную массу покрышки.

Основные элементы конструкции.

  • Каркас. Это нити корда, которые придают жесткость покрышке. Может быть радиальным или диагональным.
  • Брекер. Производят из толстой резины или металлокорда. Расположен между каркасом и протектором.
  • Протектор. Внешняя часть профиля. Рисунок протектора отвечает за сцепление с дорогой, а также за отведение воды и грязи из пятна контакта.
  • Борт. Отвечает за жесткую посадку покрышки на колесный диск. В бескамерных шинах выполняется из вязкой резины.
  • Боковая часть. Выполнена из резины, защищает от боковых повреждений. Также тут размещают маркировку.
  • Шипы. Производятся из металла, позволяют снизить уровень скольжения на льду.

Водителю важно разбираться в конструкции покрышки. На практике встречаются следующие варианты:

  • Радиальные;
  • Диагональные;
  • Диагонально-опоясанная.

На данный момент, наибольшее распространение получили радиальные шины, они маркируются «R». В таких покрышках корд идет по радиусу от одного борта до другого. При этом, все нити размещены параллельно друг другу. Такое размещение защищает от поперечного растягивания, причем настолько хорошо защищает, что удается снизить количество слоев корда. От продольного растягивания защищает боковина, на ней использовано диагональное размещение нитей.

Диагональные шины имеют корд, направленный под углом к радиусу. Также обычно слои нитей размещаются под углом друг к другу. Это приводит к необходимости создавать только четное количество слоев. Основным недостатком является выделение теплоты при движении, дело в том, что слои постоянно смещаются относительно друг друга, это и приводит к нагреву. Поэтому, такие покрышки всегда делают с высоким профилем.

У диагонально опоясанной шины имеется брекер, аналогичный радиальной покрышке.

Существуют камерные и бескамерные шины. У первых для накачивания используется специальная резиновая камера, она находится под покрышкой. Основным недостатком, является быстрое спускание камеры при проколе.

Бескамерные шины, благодаря технологии не имеют камеры. Накачивают ее непосредственно на колесе, без дополнительной камеры. Чтобы появилась такая возможность, в конструкцию включают герметизирующий слой, он также замедляет спуск воздуха при повреждениях.

Для какого транспорта бывают шины

Часто водители задаются вопросом, чем отличаются грузовые шины от легковых. На самом деле различий немного, и все они касаются технических особенностей эксплуатации.

В первую очередь стоит помнить, что грузовые шины зачастую выдерживают высокие нагрузки. Поэтому, у спецтранспорта и грузовых покрышек всегда используется усиленный корд. Также, такие автомобили редко эксплуатируются на высоких скоростях, это дает возможность использовать диагональную конструкцию.

Также зачастую покрышки для большегрузов делятся на управляемые и ведущие. Управляемые получают неглубокий протектор, на котором почти нет ламелей. Это обеспечивает оптимальное распределение нагрузки, а также улучшение управляемости автомобиля. Ведущие имеют более серьезный протектор, который гарантирует эффективное сцепление с дорогой.

Читайте также:
Строительные конструкции: классификация, свойства, применение, требования

У легковых автомобилей такого разделения нет.

Для спецтранспорта зачастую применяются покрышки с наиболее глубоким протектором. Это позволяет обеспечить оптимальную эксплуатацию в любых условиях.

Производитель транспортного средства хорошо расписывает требования к резине. Обязательно изучите рекомендации.

Назначение покрышек по типу дорожного покрытия

По дорожному покрытию шины делят на:

  • дорожные;
  • внедорожные;
  • универсальные;
  • зимние.

Зачастую дорожные и зимние относят к одному типу, но мы рассмотрим их по отдельности. Технически они несколько отличаются.

Дорожные покрышки обычно имеют классический протектор, они предназначены для эксплуатации на дорогах. Все основные различия между покрышками этого типа, заключаются в особенностях протектора, а также возможности сохранения контроля над автомобилем на мокром асфальте. Отличаются прямым рисунком, практически не имеющим ламелей.

Внедорожные предназначены для использования на любом покрытии. Благодаря крупному протектору, ламелям и другим особенностям, такая резина позволяет эффективно ездить по любому покрытию не боясь проблем.

Универсальные сочетают в себе качества дорожных и внедорожных покрышек. Но, по мнению многих специалистов уступают специализированным шинам.

Если вы большую часть времени ездите по городу и загородным трассам, лучше брать обычные дорожные покрышки

Назначение по сезонности

Еще автомобильная резина делится по сезонам. Такая классификация разделяет шины на три группы:

  • летние;
  • зимние;
  • всесезонные.

Рекомендуется использовать покрышки, только соответствующие сезону. К тому же в некоторых странах эксплуатация автомобиля, обутого не по сезону запрещена.

Летние покрышки изготавливают из жестких смесей резины. Это позволяет эффективнее работать шинам при высоких температурах. В таких условиях удается сочетать низкий уровень износа (за счет жесткости) и хорошую управляемость. Все модели такой резины обладают хорошо развитой системой теплоотвода, обычно имеют большую площадь контакта.

При низких температурах летние шины становятся жесткими и практически теряют способность к сцеплению с асфальтом. Не стоит их эксплуатировать при температурах ниже +5°.

Зимняя резина наоборот производится из мягких сортов и смесей каучука, что позволяет ей сохранять ходовые качества при низких температурах. Может иметь простой протектор (липучка) с ламелями или укомплектовываться шипами.

Шиповка хорошо показывается себя на льду и снежном накате. На асфальте такая разновидность менее эффективна, к тому же повреждает покрытие. Современные «липучки» не уступают по качеству сцепления шипам, при этом более универсальны.

Еще подразделяют зимние автошины на виды по протектору:

  • скандинавский;
  • европейский.

Первый тип имеет более развитый протектор, что позволяет успешно ездить по снегу и льду. Европейские зимние шины лучше себя чувствуют на слякоти и мокрой дороге. Маркируется зимняя резина пиктограммой звездочки, или же обозначением «W-winter».

Существует еще и промежуточный вариант, это так называемые всесезонные шины. Они мягче обычной летней резины, и жестче зимних шин. Но, в любом случае значительно уступают специализированным покрышкам. При температуре ниже -10° они замерзают, а при высоких температурах излишне размягчаются. Маркируются M+S, AS или 4S.

Рекомендуется использовать всесезонные шины только в регионах с мягкой зимой. В остальных случаях экономия может выйти боком.

Виды протектора

Разбираясь с вопросом какие бывают покрышки стоит рассматривать и протектор. На практике используются следующие варианты рисунка:

  • Симметричный ненаправленный. Наиболее простой и дешевый вариант. Протектор по всему профилю примерно одинаковый, требований к установке нет.
  • Симметричный направленный. Имеет четкое направление движения, которое маркируется стрелкой. В таком случае достигается максимальная управляемость автомобиля.
  • Ассиметричный ненаправленный. Предназначен для эксплуатации в нестабильных погодных условиях. Одна половина профиля предназначена для сухой погоды, другая для дождя.
  • Ассиметричный направленный. Также имеет «двойной» профиль. Но, при этом протектор имеет определенное направление.

По мнению многих водителей шины с ассиметричным рисунком служат меньше. Их нельзя менять местами для снижения износа.

Зная какими бывают виды шин можно легко подобрать оптимальный вариант. Старайтесь учитывать все параметры при подборе резины для своего автомобиля.

Как разбортировать бескамерное колесо?

Как разбортировать колесо автомобиля?

Как отремонтировать шину своими руками

Как снять и установить колпаки с колес

Читайте также:
Сталь: основные характеристики и свойства, классификация и марки

Набор для ремонта шин: когда пригодится, состав, как пользоваться

Саморез в колесе: что делать?

Когда пора менять шины на новые — признаки износа

История создания автомобильных шин и тенденции развития шинной индустрии

Резина. Виды и свойства. Плюсы и минусы. Применение и особенности

Резина – эластичный материал, получаемый вследствие вулканизации каучука с добавлением активатора, обычно серы. В основном используется для изготовления автомобильных шин, камер, мячей, спортивных снарядов, лодок, шлангов.

История появления

Изначально резина изготавливалась исключительно из натурального каучука. Это сок гевеи, произрастающей в Южной Америки. С древних пор его использовали индейские племена для изготовления мячей, а также непромокаемых чулок. На территорию Европы каучук попал только в первой половине 18 века. Исследовав его качества, тогдашние промышленники придумали использовать получаемую из него массу только для изготовления ластиков для стирания карандаша.

Вся проблема в том, что эластичный каучук после обработки становился твердым. Лишь в 1823 году был найден способ и пропорции компонентов, при котором он сохранял эластичность. Тогда примитивную резину начали применять для пропитки тканей с целью обеспечения их водонепроницаемости.

Полноценную же резину впервые получили лишь 1839 году, когда была разработана технология вулканизации. Новый материал сразу получил признание и начал использоваться для изготовления уплотнителей и изоляции.

Состав резины

Для производства резины требуется провести полимеризацию каучука, но не просто нагревом, а с добавлением серы. Создаваемая ею среда позволяет сделать вулканизацию, благодаря чему масса становится не твердой, а эластичной.

Вещество, полученное этим способом, уже является резиной, но с совершенно не такой, какой ее знают сейчас. Она имеет мутный сложно определяемый цвет, сильно подвержена эффекту старения и обладает многими другими недостатками. Для ее улучшения первоначальный состав был усовершенствован.

Сейчас в него входит:
  • Каучук.
  • Регенерат.
  • Вулканизирующие вещества.
  • Ускорители вулканизации.
  • Наполнители.
  • Размягчители.
  • Противостарители.
  • Красители.

Регенерат – это вторсырье. В состав практически всей резины, кроме высококачественной медицинской и подобной ей, входят уже отработанные резиновые изделия. Их наличие снижает необходимую концентрацию каучука, который является самым дорогостоящим компонентом состава.

В качестве вулканизирующего вещества обычно применяется сера. Она включается в 1-35%. Причем от ее количества зависит уровень эластичности. У самой тягучей ее всего 1-4%. Процесс вулканизации достаточно продолжителен. Чтобы его ускорить, используются добавки, обычно каптакс или окись свинца. Их нужно совсем немного 0,5-2%. Причем они не только работают как ускорители, но и уменьшают температуру вулканизации.

Современная резина не является чистым вулканизированным каучуком. В ее состав входят различные наполнители, доля которых может доходить до 80%. От того какой из них применяется, зависят качества резины.

Всего используется 3 типа наполнителей:
  • Активные.
  • Неактивные.
  • Специальные.

В качестве активного применяется сажа или свинцовые белила. Такие наполнители укрепляют резину, делают ее более прочной, но при этом в некоторой мере позволяют ей сохранить эластичность. С ними она становится более прочной на разрыв и истирание. Автомобильные покрышки являются ярким примером резины, которая изготовлена на основании сажи.

К неактивным наполнителям для резины можно отнести тальк и мел. С ними получается менее прочный и стойкий материал, но более дешевый. Талька и мела много, их несложно добыть, намного проще, чем производить сажу. Такой наполнитель просто увеличивает объем резины.

Специальные наполнители это каолин и асбест. С ними резина приобретает нехарактерные для себя свойства, такие как температурная или химическая стойкость. Применение в качестве наполнителя диатомита делает ее улучшенным электроизолятором.

Размягчители в составе резины как понятно из названия делают ее более мягкой. Это дает характерную упругость, гибкость. Противостарители же снижают склонность материала к эффекту старения. С ними растрескивание резины со временем проявляется в меньшей мере.

Где используется резина

Применение резины получило широкое распространение благодаря ее упругости, долговечности, устойчивости отдельных ее видов к воздействию масла, бензина. Даже в обычном легковом автомобиле используется 200 видов резиновых деталей. Это шланги, приводные ремни, манжеты, втулки и т.д.

Читайте также:
Материалоемкость: определение понятия, применение, формулы, расчеты

Из резины производят десятки тысяч наименований продукции. Большая доля этого сырья идет на изготовление автомобильных шин. Из нее делают коврики, тротуарную плитку, жгуты, транспортировочные ленты и т.д.

Виды резины

Изменяя соотношение компонентов, а также видов каучука и наполнителя, можно получать совершенно разные по своим качествам типы резины. Одни ее образцы отличаются великолепной тягучестью и упругостью, другие жесткостью, температурной устойчивостью, стойкостью к истиранию.

Таким образом, различают много видов резины, которые можно разделить на несколько объединенных групп:
  • Армированная.
  • Пористая.
  • Твердая.
  • Мягкая.

Армированной называют резину, внутри которой имеются армирующие включения. Это может быть металлическая сетка, спираль, трос, нитка. Сталь обычно покрывается тонким слоем латуни, что обеспечивает ее устойчивость к коррозии. Армирующее включение размещается в массе, которая еще не является резиной, и поддается вулканизации. После срабатывания серы в условиях высокой температуры и происходит надежное закрепление сетки, проволоки и т.д. Обычно армированными делают резиновые изделия, такие как шины, ремни, ленты транспортеров, трубы высокого давления и т.п. Также армируют и рулонную резину, но обычно ниткой или проволокой, так как они позволяют сохранить хорошую гибкость.

Пористая резина имеет внутри небольшие поры. Это достигается за счет свойства каучука абсорбировать на себе пузырьки газа. Для изготовления данной резины через подготовленную массу пропускают газ, который задерживается в ее толще. Для этого необходимо включение большего количества каучука, размягчителей и меньшего наполнителей. Пористая резина бывает губчатая и однородная. У первой поры получаются крупными и открытыми. У однородной они представляют собой внутренние закрытые ячейки. Пористую резину используют при изготовлении амортизаторов, прокладок, в частности уплотнителей для окон. Она отличается высокой мягкостью, отлично заполняет неровности при сжатии. Кроме этого пористость снижает вес резины, уменьшает теплопроводность.

Для твердой резины характерно присутствие большого количества серы при вулканизации. За счет этого происходит ее отвердевание. Одним из ее видов выступает эбонит. Он отличается высокой прочностью и жесткостью, благодаря чему может применяться для изготовления корпусов электроприборов вместо пластика. Эбонит меньше подвержен растрескиванию при ударах или понижении температуры, при этом обладает лучшей электроизоляцией. Для твердой резины характерна большая масса. Так, эбонит имеет плотность в среднем 1300 кг/м³.

Мягкие резины занимают основной ассортимент всей продукции производимой из каучука. Они имеют различную степень эластичности и упругости. Из них делают прокладки, медицинские жгуты, мембраны, манжеты и т.д.

Свойства резины

Для резины характерны уникальные качества, которых лишены прочие материалы. В связи с этим она и получила столь высокое значение.

К ее главным свойствам относят:
  • Эластичность.
  • Непроницаемость.
  • Выраженная химическая стойкость.
  • Электроизоляция.
  • Малая теплопроводност.

Самым выдающимся качеством резины выступает высокая эластичность. Она может подвергаться любым деформациям, в том числе и растяжению. При этом после механического воздействия практически полностью возвращает свою первоначальную форму, причем мгновенно. Она обладает высоким сопротивлением к разрыву. Выраженная упругость позволяет ее применять для изготовления, к примеру, оружия для подводной охоты, жгутов для остановки кровотечений на конечностях.

Резина является непроницаемым материалом для воды, газов. Не удивительно, что из нее делают водонепроницаемые сапоги, перчатки. Но нужно отметить, что большинство видов резины все же могут пропустить сквозь себя агрессивные жидкости если будут с ними долго контактировать. Те просто ее растворят. Так, зачастую она боится бензина, масла. Но в целом ее химическая стойкость более чем высокая.

Материал выступает отличным электроизолятором. Именно поэтому защитные перчатки для электриков делают из резины. Кроме этого самая лучшая изоляция для гибких проводов также изготавливается из нее. Резину используют для получения уплотнителей на окна, так как она обладает низкой теплопроводностью, особенно если имеет пористую структуру.

Важные недостатки резины:
  • Низкая теплостойкость и морозостойкость.
  • Эффект старения.

Под воздействием высоких температур резина начинает сильно размягчаться, приобретает текучесть. В холод она наоборот затвердевает, от чего ее упругость снижается. В таких условиях ее действительно можно разорвать, приложив усилие, которое она с легкостью переносит при нормальной температуре.

Для резины характерным является эффект старения. Она теряет свои качества под воздействием света, воздуха, тепла, особенно бензина и масла. Это проявляется растрескиванием, появлением белесого цвета, потерей упругости. Для решения этой проблемы в ее состав добавляют различные добавки. Чем их больше и они лучше, тем меньше проявляется эффект старения. Большинство видов резиновых изделий без проблем служат десятки лет, так что эта проблема почти решена.

Читайте также:
Деформация металла - физическая природа процесса и его виды

Рекристаллизация металла

Нагревание металла до определённой температуры приводит к изменениям в его физическом состоянии. Вначале наблюдается пластическая деформация. Дальнейший нагрев приводит к ослаблению и разрушению кристаллической решётки. На конечном этапе в структуре наблюдается два процесса: возврат и рекристаллизация.

Второй процесс для каждого из материалов происходит при строго индивидуальных условиях. Рекристаллизация металлов происходит при определённой температуре и приводит к изменению физических и механических свойств.

Описание процесса

Рекристаллизация характеризуется следующими показателями:

  • скоростью протекания рекристаллизации;
  • температурой начала кристаллизации;
  • последовательностью рекристаллизационных преобразований.

При постепенном повышении температуры наступает момент,когда начинается разрушение прочных кристаллических связей. Температура, при которой он начинается, называется температурный порог рекристаллизации. Этот показатель во многом зависит от чистоты материала, то есть количества имеющихся добавок и примесей. Например, для алюминия этот порог равен 100 °С, для железа обладающего нормальной технической чистотой он равен 450 °С. Для меди она составляет 270 °С. В теории металловедения получена однозначная зависимость, которая связывает абсолютную температуру порога рекристаллизации и температуру плавления. Эта температура справедлива для всех металлов и сплавов.Теория описания этого показателя полностью подтверждается на практике.

Было установлено, что температура начала кристаллизации связана с температурой плавления через определённый коэффициент. Он имеет свою величину для различных материалов. В частности принято считать, что этот коэффициент равен:

  • для металлов с небольшим количеством примесей и добавок он равен 0,4;
  • металлы с высокой чистотой обладают коэффициентом 0,1-0,2;
  • для так называемых твёрдых растворов он находится в интервале от 0,5 до 0,8.

Более точные значения для каждого материала можно найти в справочной литературе по металловедению.

В зависимости от химических и физических свойств и условий протекания процесса зависит скорость рекристаллизации.Она изменяется при изменении состава металла, давления или механического воздействия на образец. Скорость влияет на рекристаллизационные процессы, конечный результат преобразований.Очень важным является возможность регулирования скорости этого превращения. Например, при производстве так называемой трансформаторной стали необходимо обеспечивать условия формирования крупных кристаллов, которые будут ориентированы в одном направлении. Эта задача решается с помощью соответствующих добавок. Такими добавками служат сера и марганец. Эти добавки создают соответствующий катализ для получения материала с необходимыми физическими и механическими характеристиками.


В результате применения катализаторов, создания определённых условий (температуры, давления) начинается собирательный процесс зёрен необходимого размера и формы с их строгой ориентацией, что позволяет придать металлу требуемые свойства.

Стадии рекристаллизации

Для лучшего понимания протекания рекристаллизации его разбивают на несколько стадий. Первая стадия (рекристаллизация первичная) сводится к образованию так называемых центров рекристаллизации. На этой стадии рекристаллизации происходит формирование новых зёрен. Основной особенностью этих зёрен является их неповреждённая решётка. Около старых зёрен формируются новые с искажённой решёткой. При повышении температуры происходит их постепенное численное увеличение. Итогом таких преобразований становится формирование всё большего числа новых зёрен,которые становятся доминантными. Старых зёрен не остаётся вовсе.Основной движущей силой этой стадии является энергия, которая собрана в деформированном (наклёпанном) металле. Наблюдается стремление системы прийти к состоянию устойчивого равновесия с доминированием неискажённой кристаллической решёткой.

Первичная рекристаллизация называется динамической.Это связано с тем, что она происходит непосредственно при горячей пластической деформации нагретого металла. Происходит многократное чередование циклов первичной (динамической) рекристаллизации с циклами спонтанного повышения плотности дислокации новых образований (зарождение новых зёрен). Скорость протекания этой стадии зависит от температуры деформации. Если температура достигла величины, которая значительно превышает температурный порог рекристаллизации, процесс в первичной стадии может завершиться в течение нескольких секунд.

На второй стадии происходит рост количества новых зёрен. Происходит ещё один процесс так называемая собирательная рекристаллизация. Процесс протекает благодаря внутренней энергии самих зёрен. Зёрна различной величины аккумулируется энергия, которая изменяется по величине. Мелкие зёрна обладают большей поверхностью раздела. Поэтому на этой поверхности скапливается большая энергия. Увеличение размера зерна приводит к уменьшению площади таких поверхностей, следовательно, к меньшей поверхностной энергии. Вторичная рекристаллизация может стимулироваться при добавлении различных химических соединений. Например, для ускорения этого процесса применяют дисперсионный сульфид марганца.

Читайте также:
Ликвация: описание процесса в стали, польза, вред и методы устранения

При превышении температуры кристаллизации происходит уменьшение размера зёрен. Это вызвано быстрым ростом числа так называемых центров вторичной кристаллизации.При повышенных температурах возникает серьёзная конкуренция между вторичной и собирательной кристаллизацией. Это приводит к укрупнению зёрен и росту времени выдержки. В этот момент наблюдается эффект предварительной деформации до 10% от исходного состояния. При таком показателе деформация считается критической. Она считается крайне негативной перед процессом последующего обжига. Этот процесс необходим для получения стали с заданными свойствами. Он проводится при различных температурах в зависимости от состава обрабатываемого материала. Например, для проведения обжига:

  • малоуглеродистых сталей температура должна достигать величины 700 °С;
  • алюминиевых сплавов начинается в интервале от 350 до 450 °С;
  • латуни, бронзы от 560 до 700 °С, эта величина зависит от содержания различных компонентов;
  • сплавов на основе титана начиная с 550 °С до 750 °С.

Отдельно выделяют метадинамическую рекристаллизацию. Она протекает после последовательной горячей пластической деформации. Происходит рост новых зёрен, при динамическом процессе, протекающем между статической рекристаллизацией и динамической. Образуются готовые центры новых кристаллов, которые успеваю полностью сформироваться на этапе постепенного охлаждения металла.


Эти процессы являются очень важными для формирования целостной микроструктуры готовых изделий из металлов или сплавов. Отслеживание этапов рекристаллизации (первичной, собирательной и вторичной) необходимо для получения металлов и сплавов с заданными свойствами. Это приводит к следующим эффектам:

  • повышение прочности «чистых» металлов, однофазных сплавов;
  • получения высокого качества готовой поверхности заготовки, с соблюдением повышенной точности её геометрических размеров;
  • создание металлов или сплавов, обладающих специальными физическими и механическими свойствами;
  • получение заготовок с заранее заданным сечением;
  • устранение в заготовках дефектов литья.

Материалы, внутри которых были образованы мелкие зёрна, обладают повышенной прочностью и вязкостью. Для отдельных видов стали необходимо наоборот имеет крупные зёрна. Таким материалом является трансформаторная сталь или техническое железо. Наличие крупных зёрен придаёт этим металлам высокие магнитные свойства, которые необходимы для их дальнейшего применения.

Рекристаллизация

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией, собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Термину собирательная рекристаллизации соответствует также термин нормальный (то есть обычный) рост зерна.

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизацией — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.

В сталях рекристаллизация сочетается со сфероидизацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размером 0.5-2 мкм. Такая структура называется структурой сорбита отпуска. Термообработка, приводящая к ней: улучшение.

В металлургии часто используют простое правило для определения температуры рекристаллизации сплава: в качестве ее значения берут 0,4 от температуры плавления. Обычно такое приближения оказывается вполне достаточным.

Читайте также:
Строительные стали: классификация, свойства, марки

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Лаг ба-Омер
  • Талит

Смотреть что такое “Рекристаллизация” в других словарях:

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ — процесс образования и роста (или только роста) структурно более совершенных кристаллич. зёрен поликристалла за счёт менее совершенных зёрен той же фазы. Скорость Р. экспоненциально возрастает с повышением темп ры и сильно зависит от хим. и… … Физическая энциклопедия

рекристаллизация — Процесс зарождения и (или) роста новых зерен в деформированном поликристаллическом металле или сплаве при нагреве за счет других зерен той же фазы, сопровождающейся уменьшением суммарной зернограничной энергии и повышением их структурного… … Справочник технического переводчика

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ — процесс роста одних кристаллических зерен поликристалла за счет других. Протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах … Большой Энциклопедический словарь

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ — по Григорьеву, процесс перекристаллизации индивидов (и агрегатов), происходящий в предварительно неравномерно деформированном, напряженном материале и заключающийся в росте за счет деформированных к лов новых стабильных к лов с недеформированной… … Геологическая энциклопедия

Рекристаллизация — – процесс образования и роста структурно более совершенных кристаллических зерен поликристалла за счет менее совершенных зерен той же фазы [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002] Рубрика термина: Общие… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

рекристаллизация — процесс роста одних кристаллических зёрен поликристалла за счёт других. Протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. * * * РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, один из видов термической обработки (см. ТЕРМИЧЕСКАЯ… … Энциклопедический словарь

Рекристаллизация — [recrystallization] процесс зарождения и (или) роста новых зерен в деформированном поликристаллическом металле или сплаве при нагреве за счет других зерен той же фазы, сопровождающийся уменьшением суммарной зерно гранической энергии и повышением… … Энциклопедический словарь по металлургии

рекристаллизация — (см. ре. + кристаллизация) процесс роста одних кристаллических зерен поликристалла (состоящего из многих мелких кристаллов) за счет других; наблюдается, напр., при пластической деформации металлов. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, ,… … Словарь иностранных слов русского языка

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ — [recrystallization] процесс зарождения и (или) роста новых зерен в деформированном поликристаллическом металле или сплаве при нагреве за счет других зерен той же фазы, сопровождающейся уменьшением суммарной зернограничной энергии и повышением их… … Металлургический словарь

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) Поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость Р. резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Р. протекает особенно интенсивно… … Большая советская энциклопедия

Рекристаллизация

  • Рекристаллиза́ция — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации:

* первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией;

* собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается;

вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен.В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Термину «собирательная рекристаллизация» соответствует также термин нормальный (то есть, обычный) рост зерна.

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией; при собирательной и вторичной рекристаллизации — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.

Читайте также:
Виды пластмасс, их характеристика, производство и применение

В сталях рекристаллизация сочетается со сфероидизацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размером 0,5-2 мкм. Такая структура называется структурой сорбита отпуска. Термообработка, приводящая к ней, — улучшение.

В металлургии часто используют простое правило для определения температуры рекристаллизации сплава: в качестве её значения берут 0,4 от температуры плавления. Обычно такое приближение оказывается вполне достаточным.

Образование зародышей рекристаллизации и связанное с этим резкое изменение свойств характеризуют первичную рекристаллизацию, или рекристаллизацию обработки.

Увеличение времени выдержки при температуре рекристаллизации или дальнейшее повышение температуры нагрева приводят к росту центров рекристаллизации. На этот процесс большое влияние оказывают процессы самодиффузия атомов, и поэтому процессы роста зёрен при рекристаллизации имеют много общего с ростом зерна при полиморфном превращении.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Концентрационным переохлаждением (КП) называют явление, которое возникает при направленной кристаллизации расплава, содержащего примесь, и заключающееся в том, что в результате перераспределения примеси в расплаве перед фронтом кристаллизации образуется некий слой, в пределах которого расплав оказывается переохлаждённым. Этот участок расплава называется зоной КП.

Эта статья о способе обработки металлов. О методе укрепления здоровья человека см. ЗакаливаниеЗака́лка — вид термической обработки материалов (металлы, сплавы металлов, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической точки (температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением. Закалку металла для получения избытка вакансий не следует.

300 К) полупроводниковых приборов. Удельная электрическая проводимость σ при 300 К составляет 10−4−10

10 Ом−1·см−1 и увеличивается с ростом температуры. Для полупроводниковых материалов характерна высокая чувствительность электрофизических свойств к внешним воздействиям (нагрев, облучение, деформации и т. п.), а также к содержанию структурных дефектов и примесей.

Диагра́мма фа́зового равнове́сия (диаграмма состоя́ния) желе́зо—углеро́д (иногда эту диаграмму называют «диаграмма железо—цементит») — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.

Термической (или тепловой) обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Тепловая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия.

Наблюдается на перитектических диаграммах с сильно различающейся температурой растворения фаз, например, алюминий-хром/цирконий/скандий.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Явление – рекристаллизация

Явление рекристаллизации имеет огромное значение в металлографии и петрографии 19, особенно в процессе метаморфизма. Рекристаллизация металлов, согласно Тамману, сопровождается восстановлением или исправлением структурных нарушений, возникших при том или ином механическом способе приготовления металлического порошка. Убедительным примером рекристаллизации служит также метаморфизм солевых отложений. Эксперименты в этой области осуществляются относительно легко и быстро вследствие низкой температуры начала реакции. Скорость рекристаллизации и обмена местами для керамических материалов была изучена 1Вартенбергом22 на примере очень характерного роста зерен а-глинозема. [1]

Явление рекристаллизации выражается появлением в деформированном металле центров рекристаллизации с образованием и ростом новых зерен. В результате этого металл стремится вновь приобрести равноосную неориентированную структуру. [2]

Явление рекристаллизации характеризуется появлением в деформированном металле центров кристаллизации, вокруг которых возникают и растут новые зерна из осколков деформированных зерен; металл приобретает равновесную неориентированную структуру, способную к дальнейшей деформации. На скорость роста деформированных зерен особенно влияет величина предшествовавшей деформации. При наличии большой степени деформации зерно растет незначительно; наибольший рост зерна наблюдается при критической степени деформации. [3]

Явления рекристаллизации приходится учитывать при определении температуры начала ковки. [5]

Явление рекристаллизации широко используют в технике, на нем основан отжиг металлов, называемый рекристаллизационным отжигом, производящийся после холодной обработки давлением. При холодной обработке давлением возможным дефектом является, например, крупное зерно, получаемое при обжатии с критической степенью деформации в листовой низкоуглеродистой стали, подвергаемой холодной штамповке, а также появление на поверхности стали линий скольжения ( линии Чернова – Людерса), ухудшающих внешний вид штампованных деталей. [6]

Читайте также:
Дефекты в кристаллах - все виды с подробным описанием

Явление рекристаллизации в литых металлах обычно не наблюдается, так как без деформации не может быть и рекристаллизации. [7]

Явление рекристаллизации заключается в возникновении новых зародышей зерен и их росте, в результате чего происходит дальнейшее снятие напряжений, уменьшение упрочнения и твердости металла. Разупрочнение сопровождается упорядочением атомной кристаллической решетки и вызывает повышение сил междуатомных связей в кристаллитах твердого тела. [8]

Существование явления рекристаллизации , то есть изменения структуры, при аномально низких температурах – около 2 / 3 от температуры плавления – впервые описано при наблюдении процесса осаждения неорганических материалов – Со, Fe, Mn, оксидов Al, Ti, Cr из паровой фазы. Обнаружено [70], что это происходит внутри фрактально расположенных пор твердого сплава. Образующиеся в результате рекристаллизации области с упорядоченной кристаллической структурой ( кристаллиты) оказываются расположенными так же фрактально, как были расположены поры, а межзеренные границы не изменяют свой фрактальный характер. [9]

Ввиду наличия явления рекристаллизации и деформации под нагрузкой на холоду изделия из фторопла-ста-4 можно применять при Одностороннем давлении не выше 30 кг / см2; при больших давлениях следует предусматривать такие конструкции сопряженных деталей, в которых отсутствуют значительные зазоры и полости, куда мог бы вытечь фторопласт-4. [10]

Следует отметить, что явления рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом, препятствуют пептизации. Если золь коагулирован поливалентными катионами, которые довольно прочно удерживаются на поверхности частиц, то пептизация также в значительной степени затрудняется. [11]

При низких гомологических температурах явление рекристаллизации протекает настолько медленно, что диспергирование субмикроструктуры при пластической деформации не восстанавливается. При температурах 00i – температуры динамической рекристаллизации – величина и количество зерен в поликристалле изменяются, становятся зависимыми от скорости деформации, условий дальнейшего нагрева и охлаждения. [13]

По мере удаления от границы расплавления явления рекристаллизации слабеют и происходит постепенный переход в зону, где максимальная температура металла не превышала 500 С и где невозможно установить какие-либо признаки теплового воздействия процесса сварки на металл, кроме возможного отпуска закалочных структур и некоторого снижения предела прочности. Естественно, что вследствие неоднородности структуры в зоне влияния механические свойства металла будут также неоднородны. Для разобранного случая сварки низкоуглеродистой стали свойства металла в зоне нормализации могут быть лучше свойств основного неизмененного металла, поэтому зона иногда называется также золой улучшенного металла. [14]

Для обоих гидратированных алюминатов в результате явлений рекристаллизации отмечается падение прочности во времени. Повторное вибрирование не изменяет состав гидратированных продуктов, но ускоряет гидратацию и твердение массы. [15]

Что такое рекристаллизация металлов: стадии, процесс, температура

Твердое состояние любых веществ бывает аморфным или кристаллическим. Классическим примером отсутствия решетки является стекло. В быту, знакомая всем снежинка, есть результат упорядоченного объединения молекул воды посредством снижения внутренней энергии. Похожие события происходят и в металлических конструкциях. Наиболее наглядная картина видна на цинковом покрытии и месте слома свинцовой болванки. Интересным и важным для машиностроения являются изучение течений формирования внутренних характеристик у сплавов железа. Получение монокристалла (материала, имеющего упорядоченное строение на больших линейных размерах) это сложная технологическая задача, выполнение которой возможно только в строго определенных условиях. В обычной жизни мы имеем дело с хаотичными структурами, содержащими сформированные зерна того или иного размера. Это впрямую влияет на физические характеристики изделий. Металловедение – большой раздел неорганической химии, и только в начале прошлого столетия к изучению стали подходить с научной точки зрения. До этого вся область находилась в зоне прикладного искусства и качество, например, клинка зависело только от опыта и чутья мастера. Давайте вместе разбираться, что такое рекристаллизация металлов, как протекает действие и для чего это необходимо.

Описание процесса

По сути все делается для того, чтобы снять внутреннее напряжение между элементами и увеличить плотность за счет создания правильной геометрии сопряжений.

Железный материал в производстве часто обрабатывается холодным способом. Таким методом изготавливаются прокатные листы и разного вида проволоки. Однако на определенном этапе прочность изделий уменьшается, так как накапливаются смещения и в точках касания связи значительно ослабевают.

Читайте также:
Защитные материалы: классификация, свойства, применение, изготовление

Далее необходимо использование рекристаллизационного отжига, чтобы привести металл в первичное состояние и при применении определенной температуры (для каждого сплава она своя) добиться изменений (снижения текучести и прочности на растяжение и повышение пластичности). Манипуляция приводит к образованию новых зерен в кристаллической решетке, которые при продолжительном отжиге с повышением t термообработки, некоторые вновь возникшие, начинают расти за счет соседних кристаллитов. Размер их зависит от продолжительности и термического режима операции, то есть чем дольше времени затрачивается. Для железных сплавов нагрев выбирается из расчета 40 процентов от температуры плавления. В этом состоянии атомы приобретают ту степень подвижности и такое значение собственной энергии, что появляется возможность переместиться и занять наиболее выгодное положение в районе локации.

Кроме того, необходимо знать, что процесс начала действия напрямую связан с величиной термической обработки через коэффициент, который имеет разный параметр для разнообразных сплавов:

материал с добавлением небольшого объема примесей обладает 0,4;

высокочастотная сталь – 0,1-0,2;

твердосплавный раствор – от 0,5 до 0,8.

Информацию точных значений можно найти в технической литературе по металловедению.

Поговорим о скорости протекания процедуры. От этого параметра зависит конечный результат преобразований. Так как операция не быстрая, то возможна остановка путем охлаждения. При этом получаются размеры ячеек нужных параметров.

Важным моментом на производстве считается регулирование скоростного режима, при котором возможен этап сбора зерен по заданным размерам и формой с их определенной ориентацией. Для достижения необходимого результата часто применяются различные добавки (сера, марганец и другие вещества). Использование катализаторов позволяет получить материал с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Стадии рекристаллизации

В металлургии используются три фазы данного метода:

Первичная обработка способствует образованию новых неискаженных зерен и формированию областей, которые будут освобождены от дислокаций или более совершенных, чем окружающая матрица (зародыши растут благодаря ее искажениям). Восстановление структуры и качеств недеформированного сырья происходит наиболее радикально.

Собирательная стадия отличается ростом кристаллитов благодаря течениям, протекающим внутри самих зерен. За счет уменьшения их протяженности наблюдается снижение уровня энергии границ элементов.

Вторичная характеризуется созданием разнозернистой структуры с применением различных химических соединений, как пример, сульфида марганца.

Процесс пластической деформации (рекристаллизации) металла

Данным методом добиваются изменение первоначальной геометрической формы и размеров после снятия на тело механической нагрузки, и сопровождается переменой расстояния между атомами в кристаллической решетке в пределах ее параметра. Одновременно с этой операцией происходит внутреннее напряжение материала, что и приводит в конечном итоге к трансформации физических и химических свойств. Степень деформации зависит от пластичности сплава, которая оценивается во время производства относительным расширением или сужением при испытании образцов на растяжение. К характеристикам также относят ударную вязкость, которая показывает работу разрушения при изгибе модели.

Дополнительная информация! Пластичность зависит от разницы пределов прочности и текучести. Практически одинаковые значения (при нагреве до высоких температур) способствуют разрушению хрупких материалов фактически без пластической деформации. К ним относятся чугун, стекло, керамика, фарфор, некоторые виды пластмассы, горные породы и прочие.

Структурные изменения металла при нагреве

Деформированный образец находится в неравновесном состоянии, поэтому необходима дальнейшая обработка при использовании повышенных температур. Данный метод позволяет перейти к равновесию за счет уменьшения искажений в решетке, а именно снятие напряжений для свободного перемещения атомов. В итоге при нагреве зарождаются и растут новые неискревленные кристаллиты исходной фазы. А это, в свою очередь, приводит к трансформации не только микроструктуры, но их свойств. После данных манипуляций происходит:

Резкое снижение прочности при одновременном увеличении пластичности.

Уменьшение сопротивления к электропроводности.

Данные параметры характерны для железа, в которых образовались маленького размера зерна. Для крупнозернистых материалов присущи высокие магнитные характеристики и физические качества начинают напоминать чугун.

Описание первичной рекристаллизации

Деформированный металл или свежий прокат переживает естественный процесс формирования ячеек с наиболее энергетически выгодными формами. Физическое воздействие смещает слои, при этом структура подвержена растяжению и, наоборот, сжатию в других точках. Этот дисбаланс склонен к возврату в естественное нормальное состояние. При комнатных температурах и минимальном нагреве эти события происходят с очень низкой скоростью, так как колебательных движений атомов недостаточно. Резкое ускорение возникает при увеличении внутренней энергии. Оптимальный показатель зависит от веса первичного элемента и степени связи с соседями, то есть от химического состава.

Читайте также:
Конструкционные материалы: определение, характеристики и применение

Что представляет собой вторичная рекристаллизация

Надо понимать, что перемещение атомов – хаотичное действие, при котором общее напряжение между фрагментами стремится к минимуму. Поэтому после «выработки» бесхозных частиц начинается рост зерен только в зонах, где это возможно. При этом наблюдается укрупнение одних и стабилизация других. В результате мы видим материю с разноразмерными ячейками. Как и в первом пункте наблюдается упорядочение пространства с уменьшением площади поверхности кристаллов. Это также приводит к изменению физических свойств, хотя и менее выраженных, чем в предыдущем случае.

Собирательная фаза

При создании соответствующих условий (длительный нагрев) начинается процесс, когда совершенные зерна подтягивают в свою решетку материал из более слабых соседей и в конечном итоге поглощают их. При этом уменьшается число, и увеличиваются объемы. События происходят до определенного критического уровня, когда средний размер доходит до оптимального значения и после этого видимых перемен не наблюдается.

Металлургические эффекты холодной обработки

Изменение свойств при физическом воздействии при температурах ниже определенного значения использовалось во все времена для получения требуемых параметров изделия. За счет деформации возрастает внутреннее напряжение, что влечет за собой повышение прочности и гибкости. Кроме того, снижается вязкость. Чрезмерное влияние приводит к появлению трещин и отслоений. Наибольший эффект наблюдается в верхнем слое больших заготовок.

Результаты рекристаллизационного отжига

При проковке в металле частично разрушаются структуры, появляются зоны с аморфным состоянием. Как и описывалось ранее длительное температурное воздействие позволяет благодаря получению некоторой степени свободы запустить процесс упорядочения пространственного положения отдельных элементов. Области, получившие смещение, заполняются новообразовавшимися зернами. При этом происходит постепенное восстановление свойств сырья до ковки. Дальнейшее повышение нагрева приводит к укрупнению образований.

Характеристики материала после обработки

Основным эффектом является увеличение пластичности за счет того, что атомы уже нашли наиболее оптимальное положение и при деформациях будут смещаться без нарушения целостности. Это очень важно в случаях, когда деталь подвержена многократным нагрузкам. Вязкость позволяет длительное время сопротивляться воздействию без разрушения.

Другая причина перекристаллизации металла в материаловедении путем отжига

Этот прием широко используется еще и потому, что, подбирая время и температуру, можно плавно менять параметры исходного сырья. При этом трансформация происходит достаточно плавно, а значит, получение заданных свойств возможно прогнозировать. Самым простым примером может стать отжиг сталистой проволоки до состояния «вязальной» простым кратковременным нагревом до бордового цвета.

Иллюстрация изменений на примере танталового сплава

Этот материал имеет очень характерные преображения при подобного рода манипуляциях, так как он достаточно широко востребован в протезировании, защите особо важных узлов конструкций от коррозии и влияния агрессивных сред. Мы выбрали его для визуализации типичных процессов.

Механическое воздействие формирует явно заметные зоны с нарушенной структурой. Эти участки из-за отсутствия устойчивых кристаллических связей активно вступают в химические реакции с большим спектром реагентов. Само изделие приобретает повышенную хрупкость и неоднородное внутреннее строение с четко определенными областями сдвига. При температурной обработке хаотичные области наполняются вновь инициированными образованиями до полного заполнения повреждений. Что и называется текстурной рекристаллизацией. При этом сплав проходит очень медленный путь до прежнего состояния. Остановка действия в определенный момент времени позволяет зафиксировать свойства. Обычно проводится до достижения наименьшей площади касания зерен. Такое положение характеризуется очень низкой склонностью к окислению, так как межатомные связи, существующие в упорядоченной структуре кристаллов, не позволяют взаимодействовать даже с очень сильными окислителями.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: