Вопрос 12. Наклеп и рекристаллизации

Из опыта известно, что после ковки холодного металла замет­но возрастают его прочность и твердость. В то же время он становится хрупким. Это явление получило название «наклеп». Наклепом называют как сам процесс изменения внутреннего строения металла при холодной пластической деформа­ции, так и получающийся при этом результат, т. е. повышение прочности и твер­дости, сопровождающееся уменьшением пластичности. Анализ сущности пла­стической деформации с позиций дислокационной концепции позволяет устано­вить, что изменение внутреннего строения металла при пластической деформа­ции связано главным образом с ростом плотности дислокаций, происходящим вследствие их непрерывного генерирования источниками Франка— Рида под действием напряжений, создаваемых прикладываемой силой. Таким образом, по мере пластической деформации и приближения ее величины и плотности дислокаций к критическим значени­ям вместе с ростом прочности уменьшается запас пластичности. (Напомним, что по достижении упомянутыми характеристиками критических величин в металле возникают зародыши трещин, т.е, наступает начальная стадия соб­ственного процесса разрушения. Таким образом, наклепанный металл должен быть прочнее и хрупче ненаклепанного. Установлено, что при наклепе изменяются и другие свойства металла. В частности, уменьшаются плотность, теплопроводность и электри­ческая проводимость. В металлообработке наклеп используется для поверхностного упрочне­ния деталей. Так, поверхности некоторых видов валов, в особенности их опорные шейки, подвергаются интенсивной холодной обработке давлением твердыми роликами с целью наклепа для уменьшения износа и предотвра­щения усталостного разрушения. Наклепом называется упрочнение металлов, происходящее в результате пластической деформации при процессах холодной обработки давлением (холодная прокатка, штамповка, протяжка, волочение). Поскольку пластическая деформация осуществляется путем скольжения дислокаций, то очевидно, что пластичность должна зависеть от количества дислокаций (рис. 3).

И зменения в структуре и свойствах металла зависят от температуры нагрева. Можно выделить три основных этапа.  1. Возврат. Частично снимаются искажения решетки, что приводит к уменьшению остаточных напряжений. Волокнистая структура сохраняется. Механические свойства изменяются мало.  2. Рекристаллизация. Образуется новый комплекс мелких равноосных зерен. Величина рекристаллизованного зерна зависит от степени предшествующей деформации.  Степень  деформации,  при которой получается наибольшее зерно, называется критической (для большинства металлов критическая деформация составляет 2-8 %). Крупнозернистый металл имеет, как правило, худшие механические свойства по сравнению с мелкозернистым. Если по сечению детали деформация различна, то после рекристаллизации будет наблюдаться разнозернистость, которая отрицательно сказывается на механических свойствах.  3. Рост зерна (собирательная рекристаллизация). Значительное увеличение температуры рекристаллизационного отжига относительно температурного интервала рекристаллизации нежелательно, так как это приводит к росту зерна (перегреву).

Наклеп и рекристаллизация. При пластической деформации изменяется не только форма и размеры металла, но также его внутрен­нее строение и механические свойства. Зерна разворачиваются, деформируются и сплющиваются, вытягиваясь в направлении деформации. Образуется волокнистая структура. При этом прочность и твердость металла повышаются, а пластичность и вязкость снижа­ются. Явление упрочнения металла при пластической деформации называется наклепом.

Волокнистое строение и наклеп могут быть устранены при нагреве металла. Частичное снятие наклепа происходит уже при небольшом нагреве (до 300-400°Cдля железа). Но волокнистая структура при этом сохраняется. При нагреве до более высокой температуры в металле происходит образование новых равноосных зерен. Этот процесс назы­ваетсярекристаллизацией. Наклеп при этом снимается полностью.

Температура, при которой начинается процесс рекристаллизации, называется температурой рекристаллизации. Абсолютная тем­пература рекристаллизацииT_Pсвязана с абсолютной температурой плавления простой зависимостью:

T_P=a* T_пл

где а— коэффициент, зависящий от состава и структуры металла. Для особо чистых металлова =0,2, для металлов технической чис­тотыа = 0,3-0,4, для сплавова =0,5-0,6.

Если деформирование металла происходит при температуре, которая выше температуры рекристаллизации, то наклеп после де­формации не возникает. Такая деформация называется горячей. При горячей деформации идут одновременно процессы упрочнения и рекристаллизации. Деформация, которая происходит ниже темпера­туры рекристаллизации, называетсяхолодной.