1.6. Возврат и рекристаллизация
Наклепанное состояние металла характеризуется повышенной потенциальной энергией атомов, смещенных из положения равновесия в результате упругой и пластической деформации. При комнатной температуре состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго. При нагревании атомам сообщается дополнительная энергия, позволяющая перейти в положение устойчивого равновесия.
При нагреве до температуры примерно 0,3Тпл (Тпл – температура плавления в градусах Кельвина) в наклепанном металле проходит процесс возврата, состоящий в частичном снятии внутренних напряжений, полученных при деформировании; при этом механические свойства частично возвращаются в направлении их уровня до наклепывания, а электросопротивление восстанавливается полностью.
а б в г д
Рис. 1.10. Изменение микроструктуры поликристаллического металла при деформации (а – г) и рекристаллизации (д)
При нагреве выше 0,4Тпл у чистых металлов протекает процесс рекристаллизации; при этом из вытянутых в результате деформации зерен образуются новые мелкие и равноосные (рис. 1.10); полностью снимаются внутренние напряжения и все свойства возвращаются к уровню, предшествовавшему деформированию.
В сплавах рекристаллизацию проводят при температурах (0,7–0,75)Тпл.
Рекристаллизационным отжигом называют термическую обработку, которую производят перед или между операциями холодной пластической деформации (прокатка, штамповка, волочение) для повышения пластичности и увеличения допустимых степеней деформации.
1.6.1. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
Горячая обработка давлением (прокатка, ковка, штамповка) производится при температурах, превышающих порог рекристаллизации. При этом наклеп, полученный при деформации, сразу же устраняется и металл остается пластичным. Чтобы в результате горячей обработки получить нормальное среднее зерно и свойства, близкие к свойствам отожженного металла, необходимо закончить обработку при оптимальных температурах, приводимых в справочниках для конкретных марок металлов.
Если закончить обработку при температуре ниже оптимальной, то в металле сохранятся остатки наклепа, и он будет слишком твердым или в нем даже могут появиться трещины.
Если закончить обработку при температуре выше оптимальной, то может произойти сильный рост зерна и ухудшение механических свойств.
М
Рис.
1.11. Макроструктура литого (а) и
горячедеформированного (б) металла
еталлы,
подвергнутые горячей обработке давлением,
благодаря мелкозернистой и волокнистой
структуре (рис. 1.11) имеют более высокий
предел текучести, бόльшую пластичность
и вязкость по сравнению с аналогичными
литыми металлами, т.е. горячедеформированные
металлы более надежны при эксплуатации.
Поэтому Госгортехнадзор обязывает
изготавливать детали, от которых зависит
безопасность людей (детали крановых
подвесок, крюки, сосуды для сжатых газов
и т. п.), только из металлов, подвергнутых
горячей обработке давлением.
1.7. Механические свойства материалов
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам относят сопротивление металла деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность не разрушаться при наличии трещин). Механические свойства относятся к важнейшим потребительским свойствам конструкционных материалов.
Существуют десятки видов механических испытаний и технологических проб. В зависимости от способа приложения внешней нагрузки различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, растяжение с кручением и т. д. В зависимости от скорости приложения нагрузки испытания подразделяют на статические (когда нагрузка прикладывается очень медленно) и динамические (когда нагрузка прикладывается быстро). Результаты статических испытаний используются при оценке эксплуатационных свойств материалов при неизменных или медленно изменяющихся нагрузках, а динамических – при быстро изменяющихся циклических или ударных нагрузках. Для обеспечения воспроизводимости результатов все испытания проводят по стандартизованным методикам.
Самыми распространенными механическими испытаниями являются испытание на растяжение, определение твердости и определение ударной вязкости при изгибе.