Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.

Возврат. При нагреве деформированного металла до сравнительно низких температур (обычно ниже 0,2-0,3 Т_ПЛ) начина­ется процесс возврата, под которым понимают повышение структурного совершенства наклепанного металла вследствие уменьшения плотности дефектов строения, при этом заметных изменений в микроструктуре по сравнению с деформиро­ванным состоянием не наблюдается.

Различают две стадии возврата. При более низких темпера­турах (ниже 0,2 Т_ПТ) протекает первая стадия возврата - отдых, когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансии) и перераспределение дислокации (без образования новых субграниц).

Рис.2. Влияние степени пластической деформации на прочность (σ₈, σ_0,2, HV) и пластичность (δ) медного сплава (бронзы).

Вторая стадия возврата – полигонизация, под которой понимают дробление (фрагментацию) кристаллитов на субзерна (полигоны) с малоугловыми границами.

При деформации кристалла возникает дислокации, беспорядочно распределенные в плоскостях скольжения. При нагреве, допускающем самодиффузию, избыточные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к образованию в зернах поликристалла субзерен (полиго­нов), свободных от дислокаций и отделенных друг от друга малоугловыми дислокационными границами.

В процессе возврата обычный комплекс механических свойств чаще не изменяется.

Некоторые физические свойства (например, электросопротивление) в процессе возврата даже на первой его стадии восстанав­ливаются практически полностью. Это связано с уменьшением кон­центрации вакансий и перераспределением дислокаций.

Первичная рекристаллизация. При дальнейшем повышении тем­пературы подвижность атомов возрастает. В результате достижения определенной температуры возникают новые равноосные зерна.

Как видно из рис.3, до температуры t_п.р. сохраняет­ся деформированное зерно. При температуре t_п.р. в деформирован­ном металле образуются и растут зародыши новых зерен.

При нагреве наклепанного металла старое зерно не восста­навливается, а появляется совершенно новое зерно с более со­вершенной структурой, размеры которого могут существенно от­личаться от исходного. Образование новых равноосных зерен с большеугловыми границами вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла называется рекристаллизацией обработки или пер­вичной рекристаллизацией. В результате рекристаллизации наклеп практически полностью снимается и свойства приближаются к их исходным значениям, как показа­но на рис.3; в результате рекристаллизации временное со­противление разрыву σ₈, особенно предел текучести σ_0,2, резко снижаются, а пластичность δ возрастает. Разупрочнение объясняется уменьшением плотности дислокации.

Плотность дислокаций после рекристаллизации снижается с 10¹⁰-10¹² до 10⁶-10⁷ см^-2. Наименьшую температуру начала рекристаллизации t_п.р., при которой протекает рекристаллизация и происхо­дит разупрочнение металла, называют температурным порогом рекристаллизации.

Эта температура не является постоянной физической величиной. Для данного металла (сплава) она зависит от длительности нагрева, степени предварительной деформации, величины зерна до деформации и т.д. Температурный порог рекристаллизации тем ниже, чем выше степень деформации, больше длительность нагрева или меньше величина зерна до деформации.

Рис. 3. Схема влияния нагрева на механические свойства и структуру металла, упрочненного холодной деформацией

Температура начала рекристаллизации t_п.р. металлов, подвергнутых значительной деформации, для технически чистых ме­таллов составляет примерно 0,4 Т_ПЛ (правило A.A.Бочвара), для чистых металлов снижается до (0,1-0,2) Т_ПЛ, а для сплавов (твердых растворов) возрастает до (0,5-0,6) Т_ПЛ.

Для полного снятия наклепа металл нагревают до более высо­ких температур, чтобы обеспечить высокую скорость рекристалли­зации и полноту ее протекания. Такую термическую обработку называют рекристаллизационный отжиг.

Собирательная рекристаллизация. После завершения первич­ной рекристаллизации при последующем нагреве происходит рост одних рекристаллизационных зерен за счет других. Процесс роста новых рекристаллизованных зерен называют собирательной рекристаллизацией. Основной причи­ной собирательной рекристаллизации является стремление к умень­шению зернограничной ("поверхностной") энергии, благодаря уменьшению протяженности границ при росте зерна.

При температуре выше t₁ пластичность рекристаллизованного металла может уменьшаться, что объясняется сильным рос­том зерна.

Вторичная рекристаллизация. Если какие-то из новых зерен имеют предпочтительные условия для роста, то эту стадию рекри­сталлизации называют вторичной.

Зерна, растущие с большой скоростью, можно условно рас­сматривать как зародышевые центры, поэтому процесс их роста получил название вторичной рекристаллизации. В результате вторичной рекристаллизации образу­ется множество мелких зерен и небольшое число очень крупных зерен, что снижает пластичность.

Размер рекристаллизованного зерна. Размер зерна после холодной пластической деформации и рекристаллизации может быть больше или меньше исходного зерна. Величина зерне зависит от температуры рекристаллизационного отжига (рис.4, а), его продолжительности (рис.4, б), степени предварительной де­формации (рис.4, в), химического состава сплава, размера исходного зерна, наличия нерастворимых примесей и т.д. При данной степени деформации с повышением температуры и при уве­личении продолжительности отжига размер зерна возрастает. Величина рекристаллизованного зерна тем меньше, чем больше сте­пень деформации (рис,4,в). При высоких степенях деформации скорость образования рекристаллизованных зародышей превышает скорость их роста, что и предопределяет образование мелкого зерна. При низких температурах, но выше t_п.р. (рис.4, б), образование рекристаллизованного зерна происходит не сразу, а черва некоторый отрезок времени - так называемый инкубационный период. При малых степенях дефор­мации (рис. 4, в) нагрев не вызывает рекристаллизации. При 3-15 %-ной деформации величина зерна после отжига резко во­зрастает и может во много раз превысить размер исходного зер­на. Такую степень деформации называют критической. После критической степени деформации рекристаллизация по меха­низму образования новых зерен и их роста отсутствует.

Нагрев после критической деформации вызывает только быст­рый рост одних исходных нерекристаллизованных зерен за счет поглощения соседних. При степенях деформации выше критичес­кой протекает первичная рекристаллизация.

Следовательно, критической называют такую минимальную степень деформации, выше которой при нагреве ста­новится возможным протекание процесса первичной рекристалли­зации.

Текстура рекристаллизации. После высоких степеней предшествующей деформации возникает текстура, которая нередко яв­ляется причиной образования при последующем нагреве текстуры рекристаллизации. В этом случае новые рекристаллизованные зерна имеют преимущественную кри­сталлографическую ориентировку. Характер текстуры рекристал­лизации определяется условиями проведения отжига, видом предшествующей обработки давлением (прокатка, волочение и т.д.), а также количеством и природой примесей.

При образовании текстуры рекристаллизации отожженный поликристаллический металл характеризуется анизотропией свойств.

Анизотропия в ряде случаев нежелательна. (Например, при глубокой штамповке листов во избежание получения таких дефек­тов, как складчатость, волнистая кромка и др.). Лист должен деформироваться во всех направлениях одинаково. В трансфор­маторной стали используют анизотропию магнитной проницаемос­ти таким образом, чтобы ее максимальное значение вдоль было параллельно направлению магнитного потока.

Холодная и горячая деформация. В зависимости от соотно­шения температур деформации и рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодную дефор­мацию проводят при температурах ниже температуры рекристаллизации, поэтому она сопровождается упрочнением (на­клепом) металла.

Рис.4. Влияние температуры (а), продолжительности нагрева (б) и степени деформации (в) на величину рекристаллизованного зерна:

t₁<t₂<t₃, on и on’ - продолжительность инкуба­ционного периода, f и f' - критическая степень деформации

Горячую деформацию проводят при температуре выше температуры рекристаллизации (0,7-С.75 Т_ПЛ), при этом получается полностью рекристаллизованная структура. При этих температурах деформация также вызыва­ет упрочнение («горячий наклеп»), которое полностью или час­тично снимается рекристаллизацией, протекающей при температу­рах обработки и при последующем охлаждении.

В отличие от статической рекристаллизации, рассмотрен­ной ранее, процессы рекристаллизации, происходящей в период деформации, называют динамическими.

При горячей обработке давлением (ковке, прессовании, прокатке, штамповке и т.д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуется с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической рекристаллизации во время деформации и охлаждения.

Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей или теплой де­формацией. В этом случае процесс деформации металла с большими обжатиями и больших сечений затрудняется.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: