Сл.2. РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЙ И ДОРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЙ ОТЖИГИ

Рекристаллизационный отжиг – это термическая обработка деформированного металла или сплава, при которой главным процессом является рекристаллизация.

Дорекристаллизационный отжиг – это термическая обработка деформированного металла или сплава, при которой главным процессом является возврат.

Обе разновидности термической обработки чаще применяют после холодной обработки давлением.

Сл.3. Изменение структуры и свойств металла при холодной обработке давлением

Пластическая деформация вызывает в металле структурные изменения, которые условно можно разделить на три группы:

а) изменение формы и размеров кристаллитов;

б) изменение их кристаллографической пространственной ориентировки и

в) изменение внутреннего строения каждого кристаллита.

Формоизменение металла при обработке давлением происходит вследствие пластической деформации каждого кристаллита. Основное изменение формы кристаллитов состоит в том, что они вытягиваются в направлении главной деформации растяжения (например, в направлении прокатки или волочения).

С повышением степени холодной деформации зерна все более вытягиваются и структура становится волокнистой.

При пластической деформации кристаллические решетки зерен приобретают преимущественную пространственную ориентировку – возникает текстура деформации.

Характер текстуры деформации зависит от вида и условий обработки давлением (в основном от схемы главных деформаций) и от природы металла (типа кристаллической решетки и энергии дефектов упаковки).

В металлах с гранецентрированной кубической решеткой (Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb) параллельно оси проволоки устанавливается направление пространственной диагонали куба <111> или же в одних зернах устанавливается направление <111>, а в других направление ребра куба <100>; в последнем случае волокнистая текстура называется двойной.

Если текстура волочения характеризуется пространственной ориентировкой определенного кристаллографического направления, вокруг которого кристалл может быть как угодно повернут, то текстура прокатки характеризуется преимущественной ориентировкой и кристаллографического направления, и кристаллографической плоскости.

В холоднокатаных металлах с гранецентрированной кубической решеткой чаще всего плоскость {110} параллельна плоскости прокатки, а направление <112> параллельно направлению прокатки. Условное обозначение такой ориентировки, называемой текстурой типа латуни {110} <112>.

В меди при прокатке с большими обжатиями наблюдается другая ориентировка кристаллов: {112} <111>, называемая текстурой типа меди.

В деформированном металле не все кристаллы имеют идеальную преимущественную ориентировку. Совершенство текстуры возрастает с ростом степени деформации.

Сл.4. Наиболее важное изменение внутреннего строения кристаллов при деформации металла – увеличение плотности дислокаций (отношения суммарной длины дислокаций к объему металла).

У хорошо отожженного поликристаллического металла плотность дислокаций равна 10⁶– 10⁸ см^-2, при деформации на несколько процентов она возрастает до 10⁸–10⁹ см^-2, а при сильной деформации – до 10¹¹– 10¹² см^-2. Следовательно, плотность дислокаций при холодной обработке давлением может возрасти на пять-шесть порядков.

При степенях деформации примерно 5–10% у многих металлов и сплавов начинает формироваться ячеистая структура: сплетения дислокаций связываются между собой, образуя размытые объемные границы областей, внутри которых плотность дислокаций сравнительно невелика (рис. 9).

Рис. 9. Ячеистая структура хромоциркониевой бронзы (0,33% Cr, 0,07% Zr) после растяжения на 5%.

Эти области называют ячейками. Размер ячеек – порядка одного микрона, а толщина их границ – десятые доли микрона. С повышением степени деформации ячеистая структура становится более ярко выраженной. Границы ячеек делаются более узкими и из объемных стремятся превратиться в плоские. Ячейки полностью оконтуриваются границами, и внутри ячеек остается совсем мало дислокаций. Хорошо оформленные ячейки с плоскими стенками обычно называют субзернами и структуру соответственно называют субзеренной.

Из-за избытка в границах дислокаций одного знака соседние ячейки и субзерна разориентированы на углы, находящиеся в интервале от нескольких секунд до нескольких градусов.

При пониженной энергии дефектов упаковки затруднено поперечное скольжение растянутых дислокаций, что препятствует образованию ячеистой структуры. Поэтому в разных металлах и сплавах, отличающихся по величине энергии дефектов упаковки, имеется разная склонность к образованию при пластической деформации ячеистой структуры. Ячеистая структура отмечена после холодной деформации в Al, Ni, Cu, Ag, Au, Fe, Мо и многих сплавах.

В нержавеющей аустенитной стали, α-латуни, однофазных алюминиевых и кремнистых бронзах, для которых характерны очень низкая энергия дефектов упаковки и стремление сильно растянутых дислокаций оставаться в своих плоскостях скольжения, ячеистая структура или совсем не наблюдалась, или же выявлялась только при больших степенях деформации.

При пластической деформации возрастает концентрация точечных дефектов – вакансий и межузельных атомов. Точечные дефекты генерируются порогами скользящих винтовых дислокаций. С увеличением степени деформации одновременно с повышением плотности растянутых дислокаций растет и число дефектов упаковки.

Таким образом, с увеличением степени пластической деформации растет плотность дислокаций и избыток дислокаций одного знака, может формироваться ячеистая структура, увеличивается концентрация точечных дефектов и дефектов упаковки. Все эти изменения внутреннего строения кристаллитов – важнейший результат пластической деформации металлов и сплавов.

Сл.5. Наклеп. Обычно под наклепом понимают упрочнение при обработке давлением. В более широком понимании наклеп – это совокупность структурных изменений и связанных с ними изменений свойств при пластической деформации.

С увеличением степени холодной деформации показатели сопротивления деформированию (предел прочности, предел текучести и твердость) возрастают, а показатели пластичности (относительное удлинение и сужение) падают (рис. 10).

Рис. 10. Зависимость механических свойств дуралюмина Д1 от степени обжатия при холодной прокатке

При деформировании металла со степенью деформации более 50–70% предел прочности и твердость обычно увеличиваются в полтора-два, а иногда и в три раза в зависимости от природы металла и вида обработки давлением.

Относительное удлинение резко уменьшается уже при сравнительно небольших деформациях (см. рис. 10). Сильная деформация, увеличивающая предел прочности и твердость в 1,5–2 раза, снижает относительное удлинение в 10–20, а иногда и в 30–40 раз и более.

Рост показателей прочности и снижение показателей пластичности с увеличением степени предварительной холодной деформации происходят в результате повышения плотности дислокаций. В наклепанном металле из-за повышенной плотности дислокаций затруднено скольжение уже имеющихся, а также генерирование и скольжение «свежих» дислокаций.

Границы ячеек и субзерен служат барьерами для скользящих дислокаций. Уменьшение расстояний между этими барьерами (уменьшение размера ячеек) способствует упрочнению при увеличении степени обжатия.

Анизотропия свойств. Свойства холоднодеформированного металла по разным направлениям различны. Анизотропия свойств обусловлена двумя причинами: волокнистостью структуры и текстурой деформации.