Деформационное упрочнение металлов (наклеп). Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла (возврат и рекристаллизация).

• Процесс пластической деформации металлов сопровождается ростом числа дефек-тов кристаллической решетки, искривлениями плоскостей скольжения, появлением обломков кристаллитов в плоскостях скольжения, структурными превращениями по плоскостям скольжения и другие. Все это препятствует перемещению дислокаций, способствует их накоплению и взаимодействием друг с другом. В результате металл упрочняется. Явление деформационного упрочнения металла под действием пластической деформации называется наклепом. Упрочнение сопровождается снижением пластичности металла. Чем больше степень пластической деформации, тем выше прочность и ниже пластичность. Металлы с ГЦК решеткой упрочняются сильнее, чем металлы с ОЦК решеткой.

• При больших степенях деформации зерна металла вытягиваются в направлении действия приложенных сил. При этом образуется волокнистая структура. Еще боль-шая степень деформации приводит к возникновению текстуры деформации, кото-рая характеризуется определенной ориентацией зерен по отношению к прилагае-мым нагрузкам. Волокнистая структура и текстура деформации приводят к анизо-тропии.

• Металл, подвергнутый пластическому деформированию, характеризуется термоди-намически неустойчивым состоянием. Нагрев может вернуть ему исходные свойст-ва. Если температура нагрева меньше 0,2…0,3 температуры плавления, то протекает процесс возврата. При этом улучшаются структурное состояние и пластичность ме-талла, а так же уменьшается плотность дислокаций, но наклеп не снимается и меха-нические свойства практически не меняются. В процессе возврата различают две стадии. Первая фаза именуется отдыхом и наблюдается при невысоком нагреве (ни-же 0,2 Тпл). При нем происходит снижение количества вакансий, уменьшение плот-ности дислокаций и частичное снятие напряжений. Вторая ступень – полигонизация, деление зерен на части - полигоны (субзерна) размером 10-6 - 10-4 см. Она осу-ществляется в результате скольжения и переползания дислокаций, вследствие чего искажения одного знака образуют стенки, разделяющие зерна на полигоны (много-угольники), свободные от дислокаций. Полигонизация реализуется при нагреве до температур 0,25 - 0,30 Тпл.

• В полигонизованном состоянии кристалл обладает меньшей энергией по сравне-нию с деформированным, поэтому образование полигонов является энергетически выгодным процессом. Скорость его зависит от природы металла, степени предшест-вующей деформации, содержания примесей и т. д.

• По правилу А.А.Бочвара при температуре нагрева около 0,4 температуры плавле-ния в металле происходит процесс рекристаллизации, при котором почти пол-ностью снимается наклеп.

• Трек= 0,4 Тпл

• Вследствие тепловой активности атомов образуются новые равноосные зерна. Про-цесс рекристаллизации протекает в две стадии: первичную и собирательную.

• Первичная рекристаллизация заключается в формировании зародышей с неиска-женной кристаллической решеткой и их взрослении. Количество зерен постепенно увеличивается и, в конечном итоге, в структуре не остается старых деформирован-ных. Движущей силой данного процесса является энергия, аккумулированная в нак-лепанном металле. Находящийся в неустойчивом состоянии деформированный ме-талл стремится перейти в более устойчивое положение с наименьшим запасом сво-бодной энергии. Ему соответствует процесс создания все новых зерен с неискажен-ной решеткой.

• Собирательная рекристаллизация – рост образовавшихся на первой стадии струк-турных единиц. Движущей силой ее является поверхностная энергия зерен. Увели-чение их числа объясняется тем, что при наличии большой концентрации мелких составляющих их суммарная поверхность очень велика, и поэтому металл обладает большим запасом поверхностной энергии. В процессе укрупнения зерен общая про-тяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в бо-лее равновесное состояние. Особенность данного вида рекристаллизации заключа-ется в том, что рост зерен осуществляется не в результате слияния нескольких мел-ких частиц в одну более крупную, а они увеличиваются за счет других, поглощая их вследствие трансформации атомов через границы раздела. Зерно на одном участке может вытягиваться за счет соседа, а на другом поглощаться другим, находящимся рядом с ним. Такая рекристаллизация может совершаться и до полного ее заверше-ния.

• Новые зерна обладают меньшей плотностью дислокаций, имеют неискаженную кристаллическую решетку. Поэтому после рекристаллизации свойства металла возв-ращаются к исходным свойствам. При рекристаллизации существенно снижаются прочностные характеристики, пластичность возрастает, снимаются внутренние нап-ряжения.

• Основными факторами, определяющими величину зерен при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень пред-варительной пластической деформации. Чем выше температура нагрева, тем боль-ше размер зерна. Такой же характер имеет зависимость величины семян от време-ни процесса.

• Наиболее крупные зерна формируются после незначительной предварительной деформации, составляющей около 3 – 15 %. Ее называют критической. Практически температура рекристаллизационного отжига малоуглеродистых сталей обычно лежит в интервалах 600 – 700 С, латуней и бронз – 500 – 700 С, алюминиевых и титановых сплавов – 350 – 450 и 550 – 750 С соответственно.