3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла

При холодной обработке давлением (листовая штамповка, волочение, прокатка тонких листов) в металле протекает процесс пластической деформации, вызывающий изменение не только формы и размеров заготовки, но и физико-механических, а также химических свойств металла. С увеличением степени деформации возрастают прочностные и понижаются пластические характеристики металла; одновременно увеличивается электрическое сопротивление, уменьшается сопротивление коррозии и теплопроводность; магнитная проницаемость понижается, а коэрцитивная сила увеличивается [1].

Совокупность явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств в процессе пластической деформации, называется упрочнением, или наклёпом металла.

Физическая природа упрочнения ещё не выяснена. Однако наиболее вероятным можно считать, что упрочнение связано с искажением кристаллической решётки деформированного материала, возникновением различного рода нарушений (дислокаций и др.), расположением обломков зёрен на плоскостях скольжения, а также с выделением дисперсных частиц по плоскостям скольжения.

При нагреве упрочнённого металла или сплава в нём происходят обратимые процессы, приводящие к частичному или полному разупрочнению. При нагреве металла повышается кинетическая энергия атомов, усиливаются их тепловые колебания, вследствие чего атомы получают возможность возвращаться в равновесное состояние.

Нагрев упрочнённого металла до сравнительно невысоких температур по сравнению с температурой плавления Тпл в пределах (0,25–0,30)Тпл обеспечивает частичное снятие внутренних напряжений, а, следовательно, и некоторое восстановление пластических свойств. Это явление называется возвратом (отдыхом).

Возврат повышает сопротивление металла коррозии и резко уменьшает склонность к самопроизвольному растрескиванию, которое, например, особенно часто наблюдается в латунных деталях, полученных холодной штамповкой. При нагреве упрочнённого металла выше температуры возврата в нём протекает процесс рекристаллизации. При температуре рекристаллизации энергетический потенциал атомов достигает такой величины, что они получают возможность перегруппировки и интенсивного обмена местами. В результате этого при рекристаллизации восстанавливается микроструктура металла. После рекристаллизации исчезает упорядоченная ориентировка зёрен, и металл приобретает первоначальные свойства.

Процесс рекристаллизации протекает с некоторой скоростью, зависящей от температуры и степени деформации, и чем выше температура и степень предшествующей деформации, тем больше скорость к рекристаллизации.

Температура начала рекристаллизации зависит от состава сплава и степени деформации. А.А. Бочвар установил зависимость между температурой начала рекристаллизации Тр и абсолютной температурой плавления и выразил это в виде эмпирической формулы:

Тр≈0,4Тпл. (5)

Данная формула не учитывает влияния степени деформации на температуру рекристаллизации.

Температура рекристаллизации даёт возможность установить границы горячей и холодной обработки металлов давлением. Если обработка давлением происходит при температурах ниже температуры рекристаллизации и сопровождается наклёпом, то такая обработка называется холодной. Если обработка давлением происходит при температуре выше температуры рекристаллизации и не сопровождается наклёпом, то она называется горячей.

Горячая обработка давлением обычно производится при температурах, значительно превышающих температуру рекристаллизации. При горячей обработке металлов давлением (прокатка, прессование, ковка, штамповка и др.) одновременно происходят два взаимно противоположных процесса: деформация, сопровождающаяся наклёпом (упрочнением), и рекристаллизация, сопровождающаяся разупрочнением (снятием наклёпа). Для получения надлежащей структуры, а соответственно и механических свойств металла после горячей деформации скорость рекристаллизации должна быть значительно больше скорости деформации, т.е. должен быть обеспечен соответствующий термомеханический режим горячей обработки давлением. Для установления режима, обеспечивающего получение заданной величины зерна, пользуются диаграммами рекристаллизации.