Наклеп и рекристаллизация

При пластической обработке металлов исходные размеры деформируемого тела принимают новую форму и размеры. При этом возрастает количество дефектов в кристаллах, меняется их форма, размеры, пространственная ориентировка.

Совокупность изменения свойств металла в процессе пластической обработки называется наклепом или упрочнением.

Различные металлы упрочняются по разному. Поликристаллы[1] упрочняются более интенсивно, чем монокристаллы[2]; металлы с мелкозернистой структурой упрочняется более интенсивно, чем крупнозернистые.

В процессе ОМД наклеп учитывается первое как фактор технологический, определяющий возможность получения изделий данным способом; второе как метод придания изделию необходимых свойств, особенно в сочетании с термообработкой.

В условиях холодной обработки, которая выполняется температуры ниже металла, подвижность атомов небольшая, поэтому исключается снятие внутренних напряжений, наблюдается рост твердости металла, предела текучести и прочности, а также уменьшение пластичности.

Наклеп, при холодной обработке металлов, вызывает понижение пластических свойств, всегда появляется опасность появления трещин, расслоений и других дефектов, такое явление проявляется и в некоторых случаях горячей обработки металлов давлением.

При этом холодной обработкой металлов давлением можно в раза увеличить предел прочности и текучести металла.

В процессе пластического деформирования металла искажается кристаллическая решетка, что вызывает появление термодинамической неустойчивости[3] структуры металла. В связи с этим холоднодеформируемый металл после некоторого «вылеживания» частично восстанавливает свои свойства: твердость и прочность уменьшаются, улучшается пластичность. Нагревая металл до температуры , повышаем подвижность атомов, обеспечивая активное развитие восстановительных процессов. Заметного изменения размеров зерен или видимой микроструктуры не наблюдается, устраняются локальные искажения кристаллической решетки. Совокупность указанных изменений в холоднодеформированном металле называется возвратом первого рода или отдыхом. Если внутри деформированных кристаллов формируются субзерна[4], то этот процесс называется возвратом второго рода или полигонизацией[5]. При этом субзерна в пределах кристаллографической ориентировки исходных деформированных зерен могут вырасти до весьма больших размеров.

Повышение температуры металла увеличивает амплитуду тепловых колебаний его атомов, а это меняет как поведение самих атомов, так и взаимодействие их друг с другом. Начиная с некоторой температуры, которая зависит от чистоты металла, степенью наклепа и продолжительности процесса (для каждого металла имеется своя температура[6]), ниже которой рекристаллизация не происходит, создаются условия для роста зерна - объединение зерен в более крупные, обладающие меньшей свободной энергией. С этого момента нагрев холоднодеформированного металла обеспечивает значительные изменение микроструктуры, а сам процесс называется рекристаллизацией[7].

Горячая обработка металлов давление происходит при температуре выше , важной особенностью которой является отсутствие в определенных условиях деформационного упрочнения.

При горячей обработке одновременно с деформационным упрочением происходит разупрочнение за счет гомогенизации и рекристаллизации. Горячая ОМД превосходит по объему производства холодную ОМД, находя более широкое применение, чем холодная, несмотря на высокую стоимость и дополнительные технологические трудности, связанных с нагревом. Применение горячей ОМД связано с повышением пластичности и снижением усилий на деформацию. Горячая ОМД применяется, когда требуются значительные абсолютные обжатия изделий больших размеров.

Холодная ОМД используется на заключительных стадиях изготовления изделий, когда необходимо получить точные размеры, высокое качество поверхности и требуемые механические свойства.

Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите основные виды обработки металлов давлением.

2. Что такое предел текучести и предел прочности металла?

3. Что такое обжатие?

4. Что такое вытяжка?

5. Как определяется суммарная вытяжка нескольких операций ОМД?

6. Сформулировать закон постоянства объема.

7. Виды напряженного состояния деформируемого тела?

8. Чему равны касательные и нормальные напряжения при пластической деформации при том или ином виде напряженного состояния?

9. Сформулировать энергетическое условие пластичности.

10.Что такое наклеп металла?

11. Что такое рекристаллизация?