Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла

Нагартованный металл имеет повышенный запас свободной энергии, так как большое количество атомов выведено из устойчивого (равновесного) состояния. В таком металле должны самопроизвольно идти процессы, приводящие его в состояние с меньшим запасом свободной энергии, но для этого атомы должны быть подвижны. Подвижность атомов зависит от температуры, а точнее от гомологической температуры , где - абсолютная температура, при которой находится металл; - абсолютная температура плавления (чем выше температура плавления, тем сильнее межатомные связи и меньше подвижность атомов).

При нагревании до происходит процесс возврата, когда снимаются упругие искажения кристаллической решетки, но сами расплющенные зерна не изменяют своей формы и размеров. На первой стадии возврата наблюдается перемещение точечных дефектов; при встрече промежуточных атомов с вакансиями эти несовершенства исчезают. Кроме того, вакансии стягиваются к границам зерен, блоков, дислокациям и точечных дефектов становится мало. На второй стадии возврата перемещаются дислокации, что приводит частично к их взаимному уничтожению (дислокации обратных знаков аннигилируют), а также они выстраиваются в стенки, разбивая зерна на блоки, внутри которых остается мало дислокаций. Упругие искажения (остаточные напряжения) кристаллической решетки в результате возврата снимаются, что ведет к некоторому (на 20-30%) снижению прочности и повышению пластичности.

При происходит перекристаллизация зерен в наклепанном металле с изменением их числа, формы и размеров. Образование и рост новых зерен из деформированных кристаллов называется рекристаллизацией обработки или первичной рекристаллизацией.Температура первичной рекристаллизации называется порогом рекристаллизации. Порог рекристаллизации ( ) зависит от чистоты металла: для более чистых металлов он ниже и составляет 0,2-0,3 , а для легированных сталей и жаропрочных сплавов возрастает до (0,5-0,6) . Для технически чистых металлов используется формула =0,4 . Зависимость порога рекристаллизации от установил А.А. Бочвар. Кроме чистоты металла на порог рекристаллизации оказывает влияние (степень деформации). При малых степенях деформации рекристаллизация идет при более высоких температурах.

Процесс рекристаллизации состоит, подобно процессу кристаллизации, из двух этапов: 1) возникновение зародышей новых зерен; 2)рост этих зародышей за счет перехода к ним атомов от старых зерен.

Чем больше деформирована структура, тем больше возникает центров, мельче получаются зерна в рекристаллизованном металле.

Растущие зерна имеют равновесную форму (рис.4.6), пониженное количество дислокаций и других дефектов.

Рис.4.6 Схемы рекристаллизации деформированного металла

а)микроструктура наклепанного металла

б)возникновение центров рекристаллизации

в)структура после первичной рекристаллизации

г)структура после собирательной рекристал-

лизации

После завершения процесса первичной рекристаллизации металл становится более пластичным, вязким, но менее прочным и твердым, т.е. приобретает исходные (до наклепа) свойства (рис.4.7).

Термическая обработка, заключающаяся в нагреве деформированного металла выше порога рекристаллизации с целью снятия наклепа, называется рекристаллизационным отжигом.

Рис. 4.7 Изменение твердости (НВ), прочности ( ) и пластичности ( ) наклепанного металла в зависимости от температуры отжига.

При нагреве значительно выше порога рекристаллизации или продолжительной выдержке в процессе рекристаллизационного отжига наступает вторая стадия рекристаллизации (вторичная, собирательная), когда укрупняются зерна. Крупнозернистость приводит к снижению ударной вязкости, поэтому в большинстве случаев нежелательно.

Сильный рост зерна уже при первичной рекристаллизации наблюдается, если степень деформации была небольшой (3-15%). Такая степень деформации называется критической. В этом случае только часть зерен деформируется, а оставшиеся недеформированные зерна играют роль зародышей при первичной рекристаллизации, т.е. к ним переходят атомы от деформированных зерен, в результате чего размер зерен сильно увеличивается. Если после деформации осуществляется рекристаллизационный отжиг, то критической степени деформации следует избегать.