2 Деформация металлов при высоких температурах

2.1 Объемные диаграммы рекристаллизации 2-го рода, истинные диаграммы рекристаллизации

Перейдем к горячей обработке металлов давлением. Прежде всего необходимо указать, что сами понятия холодной и горячей обработки довольно неопределенны. Если, например, прокатка медной полосы при комнатной температуре всеми признается холодной обработкой, а при температуре 750°—горячей, то можно произвести прокатку такой же полосы и при любой про­межуточной температуре, причем отнесение некоторых таких процессов к холодной или к горячей обработке будет уже за­труднительным. Весьма характерной особенностью холодной обработки является отсутствие рекристаллизации металла во время и непосредственно после процесса.

При горячей обработке рекристаллизация происхо­дит и во время пребывания металла в зоне деформации и после его выхода из нее (пока тем­пература металла не упадет ниже известного предела). Однако степень развития процесса рекристаллизации может быть в обоих случаях весьма различной, причем громадное значение имеют характеристика самого процесса рекристаллизации для данного металла, температура металла и длительность его пре­бывания в указанных двух состояниях.[3]

Свинец и олово, например, рекристаллизуются при комнат­ной температуре. Таким образом, обработка их давлением при такой температуре уже является горячей обработкой. С другой стороны, никель начинает рекристаллизоваться лишь с 620°, а вольфрам с 1210° ; их обработка давлением ниже указанных температур должна рассматриваться как холодная обработка.

Следует заметить, что изменение свойств металла благодаря возврату также может быть существенным для условий произ­водственных процессов. Возможность дальнейшей холодной обра­ботки улучшается не только благодаря рекристаллизашюнному отжигу, но в известной мере и вследствие низкотемпературного отжига. В связи с указанным обстоятельством име­ются технологические процессы холодной обработки металлов, включающие возврат в качестве промежуточной операции, при­чем можно применять электрические способы нагрева, местный нагрев газовыми горелками и пр. Интересно, что явление воз­врата в известной мере протекает и при самой холодной обра­ботке, так как она обычно сопровождается настолько интенсив­ным выделением тепла, что обрабатываемый металл может разогреваться до температур, близких к 100°.

Если сопоставить процесс рекристал­лизации металла после холодной обработки и во время горячей обработки давлением, между обоими процессами существует очень большая близость, вплоть до общности самих результатов рекристаллизации, выражаемых, в частности, диаграммами ре­кристаллизации. Данное обстоятельство веско подкрепляет ту точку зрения, что при горячей обработке давлением происходит процесс пластической деформации металла, близкий по своей природе к процессу деформации металла в холодном состоянии.

Ознакомимся с рекристаллизацией металла при горячей обработке давлением. На рисунке 8 показана диаграмма рекристаллизации электролитической меди (фазовые пре­вращения отсутствуют) при горячей прокатке.

Рисунок 8 – Диаграмма рекристаллизации 2-го рода красной меди при прокатке.

Рисунок 9 – Диаграмма рекристаллизации 2-го рода мягкого железа (С=0,03%) при горячей прокатке.

Рисунок 10 – Диаграмма рекристаллизации 2-го рода с содержанием С= 0,49% при ковке.

Они имеют вид, вполне общий для всех диаграмм, но разделяется на две области с переходом при тем­пературах порядка 900°, что стоит в связи с полиморфным пре­вращением железа при указанной температуре и с горячей обработкой железа выше нее.

Обе диаграммы в количественном, отношении несколько отличаются от соответствующих диаграмм рекристаллизации предварительно наклепанного металла, но расхождения могут быть отнесены к разнице в условиях деформации металла. В связи с этими обстоятельствами весьма важно уточнить самый метод построения диаграммы рекристаллизации.

При построении обычных диаграмм рекристаллизации при­нято величину зерен измерять в месте пересечения диагоналей осаживаемого образца (середина высоты), относя ее к средней (общей) величине деформации образца в целом:. Между тем последняя ни в какой мере не соответствует той фактической деформации, которую претерпевает металл в разных зонах по сечению деформируемого тела, в частности в месте пересечения, диагоналей. Поэтому, в отличие от обычных диаграмм рекристаллизации Павлов М.И. предложил строить «истинные диаграммы рекристаллиза­ции», в которых величина зерна отвечает действительной степени деформации, имеющейся в соответствующих зонах образца. Павлов М.И., исследовал рас­пределение деформации по объему образца (рисунок 11) и определил отвечающую ему градацию величины зерна, получающейся в результате рекристаллизации, которая имеет место при горячем деформировании .

Рисунок 11 – Распределение размера зерна по центральной оси образца после осадки и рекристаллизации.

Найденное распределение зерна по высоте образца дало уменьшение размера зерна к центру образца (кроме от­меченного уже выше перехода ко второму максимуму), т. е. полностью отразило обычную зависимость хода рекристаллиза­ции от деформации при горячей обработке. На рисунке 12 пока­заны истинные диаграммы рекристаллизации (верхний контур) для стали исследованных марок.

Рисунок 12 – Сопоставление истинных диаграммы рекристаллизации стали 1 (0,54% С, 0,77% Mn , 0,46% Si, 0,27% P, 0,012% S, 0,11% Cr) и стали 2 (0,40% С , 0,65% Mn, 0,29% Si , 0,044% P , 0,017% S ,0,14% Сr) c диаграммой обычного типа.

Диаграммы рекристаллизации, построенные обычным образом. (нижний контур), отличаются от них особенно резко в области малых деформаций.

Необходимо заметить, что разница в диаграммах, зависящая от степени влияния сил трения, т. е. главным образом от формы образца и инструмента и от величины коэффициента трения, воз­растает с увеличением последнего. Напротив, при уменьшении коэффициента трения действие подпирающих сил постепенно осла­бевает, вследствие чего распределение свойств металла в мо­мент обработки, распределение деформации, а равно строение и свойства продукта обработки становятся все более однород­ными и различие между «истинной» диаграммой рекристал­лизации и «обычной» исчезает. Вполне ясно, что в связи с раз­личной степенью неравномерности деформации по высоте образ­цов и отсутствием учета данного обстоятельства могло получаться значительное не­соответствие в диаграммах. Необходимость нахождения в связи с этим «истинных диаграмм рекристаллизации» также вполне очевидна. Следует указать, что после исследования рекристаллизации стали при ковке автор совместно с Ивановым получил также «истинные диаграммы рекристаллизации» при прокатке стали. Здесь различия в «истинной» и обычной диаграммах значи­тельно меньше, чем при ковке, что объясняется более равно­мерным распределением деформации при прокатке, чем при ковке (при всех равных условиях). Подобное выравнивание деформации при прокатке, носящее принудительный характер, обусловливается действием внешних частей полосы.

Вполне понятно, что все сказанное выше одинаково касает­ся как диаграмм рекристаллизации при горячей обработке давлением, так и диаграмм, относящихся к предварительно на­клепанному металлу.

Заканчивая ознакомление с диаграммами рекристаллизации, отметим и чисто практическое их значение.

Имея достаточно полный комплект точных диаграмм рекри­сталлизации при горячей обработке и после холодной обработ­ки, можно было бы уточнить вопрос о качестве получаемого при прокатке продукта.

Исходя, например, из приведенной диаграммы для железа при горя­чей прокатке, можно было бы заключить, что наилучший в смысле по­лучения мелкого зерна режим последнего прохода определяется следующи­ми условиями: при температурах конца прокатки порядка 700° и ниже ве­личина обжатия почти безразлична; при температурах порядка 750—850^е нежелательно иметь обжатия в последнем пропуске в пределах от 10 до 25%; окончание прокатки железа при 900—1000° обеспечивает получение мелкого зерна при любых обжатиях.

Те же диаграммы дают указания также о возможном режи­ме получения зерна иных размеров. Следует отметить, что вопрос о размере зерна после горячей обработки давлением утрачивает свое значение в тех случаях, когда в дальнейшем предстоят еще повторные Нагрев и горячая обработка или име­ется в виду еще специальная термическая обработка. Диаграм­мы рекристаллизации дают указания лишь относительно раз­мера зерна вне связи последнего с теми или иными механиче­скими свойствами продукта обработки.[5]