7. Деформация при повышенных температурах

7.1. Возврат и рекристаллизация

Ранее было сказано, что при холодной деформации зерна получают разную по величине упругую деформацию, в результате чего после снятия внешних сил в металле возникают остаточные напряжения.

Если холоднодеформированное, т.е. упрочненное, тело нагреть, то происходит процесс, обратный упрочнению – разупрочнение. Процесс разупрочнения при нагреве до температуры (0,25 – 0,3) Т_пл называется возвратом, а при нагреве выше 0,4 Т_пл – рекристаллизацией. Здесь Т_пл – абсолютная температура в градусах Кельвина. При нагреве до температуры возврата амплитуда тепловых колебаний атомов и их подвижность возрастают настолько, что становится возможным переход атомов из неравновесного положения в равновесное. В результате искаженная при холодном деформировании решетка частично восстанавливается, упругие деформации отдельных зерен уменьшаются и тем самым снимаются остаточные напряжения, возникшие при холодном деформировании.

Для прохождения процесса возврата, т.е. снятия остаточных напряжений и восстановления упруго искаженной кристаллической решетки, проводят термическую обработку, называемую низкотемпературным отжигом.

Возврат приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформированию и к увеличению пластичности материала.

Если проводить деформирование при температурах возврата, то интенсивность упрочнения снижается по сравнению с холодным деформированием. Размеры и форма зерен при возврате не меняются, наблюдается текстура деформации.

Термообработка при более высоких температурах называется высокотемпературным (рекристаллизационным) отжигом и приводит к практически полному разупрочнению: зерна вытянутой формы становятся равноосными, уничтожаются текстура деформации и связанная с ней анизотропия свойств, значительно снижается сопротивление деформированию, увеличивается пластичность, полностью снимаются остаточные напряжения.

Рекристаллизация - это процесс зарождения и роста новых, т. е. неупрочненных, зерен из ориентированных вытянутых упрочненных зерен. Это связано с тем, что увеличение температуры поднимает энергетический потенциал атомов настолько, что последние получают возможность перегруппировок и интенсивного обмена местами.

Различают две стадии рекристаллизации – первичную и собирательную, которые протекают последовательно. Первичная стадия заключается в образовании зародышей и росте новых неупрочненных зерен. Зародышами новых зерен становятся имеющиеся в деформированном металле ячейки с относительно правильной решеткой. К правильным ячейкам-зародышам пристраиваются близлежащие атомы искаженной решетки и начинает расти новое зерно с правильной решеткой за счет поглощения атомов деформированного зерна. Вследствие одинаковых возможностей роста новых зерен во всех направлениях новые зерна, образующиеся из зародышей, равноосны. Собирательная рекристаллизация заключается в объединении первичных мелких зерен в крупные зерна.

Рекристаллизация происходит во времени и с некоторой скоростью, величина которой зависит от температуры и степени деформации. Чем выше то и другое, тем выше скорость рекристаллизации.

Если проводить деформирование металла при повышенных температурах, то пластическая деформация тела сопровождается протеканием двух противоположных процессов - упрочнения и разупрочнения. Величина упрочнения определяется физической природой материала и степенью деформации, степень разупрочнения – полнотой прохождения процесса рекристаллизации, зависящей от времени и скорости рекристаллизации. Совокупность значений температуры, скорости и степени деформации называют термомеханическим режимом обработки давлением. От него зависит конечная кристаллическая структура, которую будет иметь металл после деформирования.