2.2. Изменение свойств холоднодеформированного металла при нагреве

Изменение механических свойств деформированного материала при нагреве можно представить схемой, изображенной на рис.9. На рис.10 представлена зависимость механических свойств конкретного деформиро-ванного сплава - технического железа от температуры отжига. На графиках можно выделить три участка: на первом и третьем твердость изменяется относительно слабо, а на втором участке на­блюдается резкое падение твердости с ростом температуры отжига. Первый участок соответствует процессу возврата (и полигонизации, если таковая была), второй - первичной рекристаллизации, а третий - собирательной рекристаллизации. На первой стадии твердость металла падает на 10...20%, что можно связать с некоторым уменьшением плотности дислокаций за счет процесса аннигиляции. На стадии первичной рекристаллизации происходит наиболее значительное изменение твердости, связанное с резким уменьшением плотности дислокаций (с ~10⁹–10¹⁰ см/cм³ до 10⁷...10⁸ см/cм³). На стадии собирательной рекристал­лизации плотность дислокаций практически не изменяется, поэтому твердость на этой стадии уменьшается слабо - только за счет увели­чения размера зерна, т.е. уменьшения количества непреодолимых барьеров для движения дислокаций.

Размер рекристаллизованного зерна оказывает большое влияние на свойства металла. Металлы и сплавы, имеющие более мелкое зер­но, обладают

Рис.9. Схемы изменения твердости НВ (а) и пластичности δ (б) наклепанного

металла при нагреве: I - возврат, II - первичная рекристаллизация,

III - рост зерна во время собирательной и вторичной рекристаллизации

Рис. 10. Зависимость механических свойств деформированного технического железа от температуры отжига

лучшим комплексом механических свойств. Величина рекристаллизованного зерна тем меньше, чем больше степень пред­варительной пластической деформации (рис.11).

Рис. 11. Зависимость размера рекристаллизованного зерна от степени предварительной деформации (температура отжига постоянна)

Как видно из рис.11, при сравнительно небольших степенях предварительной де­формации, меньше некоторого критического значения ε_кр (обычно несколько процентов), отжиг не вызывает процесса первичной рек­ристаллизации. При этих значениях ε накопившаяся избыточная энергия деформации недостаточна для активизации процесса первичной рекристаллизации. При ε < ε_кр зерна слабо и неравномерно наклепаны. При нагреве такой структуры может происходить мигра­ция межзеренных границ в сторону более сильно наклепанных зерен. Таким образом, зерна с более равновесной структурой растут за счет менее равновесных. При ε = ε_кр в отожженном состоянии можно получить очень крупное зерно, иногда достигающее нескольких сантиметров.

При степенях деформации больше критической кроме процесса поглощения одних зерен другими, начинается процесс формирования новых рекристаллизованных зерен (первичная рекристаллизация). Причем по мере увеличения ε избыточная энергия деформации увеличивается, а, следовательно, термодинамический стимул первичной рекристаллизации возрастает, что приводит к росту числа центров рекристаллизации, в результате чего размер формирующихся зерен уменьшается.