Теория термической 
обработки
Отжиг первого рода
1
ВТОРИЧНАЯ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Процесс, при которой структура формируется в результате неравномерного роста зерна, называется вторичной рекристаллизацией. Большинство зерен
укрупняется очень медленно или практически вообще не растет, а отдельные зерна вырастают до больших размеров, «поедая» свое мелкозернистое окружение.
Граница между мелкими зернами и крупным зерном, образовавшимся в цинке в результате вторичной рекристаллизации во время отжига при 200° С
Развитие вторичной рекристаллизации при 1050° С в ленте из сплава Fe –3% Si толщиной 0,04 мм
1 – размер зерен стабилизированной матрицы, укрупняющихся при нормальном росте; 2 – размер зерен, выросших при вторичной рекристаллизации
Вторичная рекристаллизация развивается в определенном интервале температур,
2
в котором нормальный рост зерен протекает сравнительно медленно.
Зерна, выросшие при вторичной рекристаллизации, часто имеют предпочтительную кристаллографическую ориентировку, причем текстура вторичной рекристаллизации всегда отлична от текстуры первичной и собирательной рекристаллизации и является более совершенной.
Характер и степень совершенства текстуры вторичной рекристаллизации зависят от режимов обработки давлением, промежуточных и окончательных отжигов, в том числе атмосферы отжига, толщины листа и других факторов.
Вторичная рекристаллизация – не только аномальный рост зерна, а присущее многим металлам и сплавам явление. Она обнаружена в зонноочищенных металлах и металлах технической чистоты, например в Fe, Cu, Ag, Zn, Ni, Pt, Ti, Al, Wи Та, в сплавах на разных основах, например в трансформаторной и аустенитных сталях, сплавах алюминия с марганцем, медью и многих других.
3
Обязательным условием развития вторичной рекристаллизации является стабилизация матрицы, т. е. сильное торможение роста большинства зерен,
образовавшихся при первичной рекристаллизации.
Причинами стабилизации рекристаллизованной матрицы могут быть: а) дисперсные частицы или сегрегации примесей на границах; б) «текстурное торможение» и
в) «эффект толщины».
Отдельные крупные зерна растут, так как их границы обращены вогнутостью в сторону мелких зерен (зерна 10 и 50) и должны мигрировать по направлению к своему центру кривизны. Крупное зерно непрерывно растет, поедая мелкие зерна, пока все они не исчезнут. Процесс этот аналогичен процессу укрупнения зерен при собирательной рекристаллизации.
Если матрица стабилизирована дисперсными частицами второй фазы, то из-за неравномерности распределения этих частиц границы отдельных зерен могут быть значительно слабее заблокированы, чем границы большинства зерен, и
такие зерна способны к избирательному росту. |
4 |
В условиях «текстурного торможения» к избирательному росту способны те немногие зерна, ориентировка которых сильно отличается от главной ориентировки стабилизированной матрицы.
Когда матрица стабилизирована из-за «эффекта толщины», т.е. из-за закрепления границ зерен в тонких листах канавками термического травления в местах выхода границ на поверхность листа, то решающее влияние на скорость роста оказывает энергия свободной поверхности зерен.
5
Размер рекристаллизованного зерна в отожженном металле
Размер зерна к моменту окончания первичной рекристаллизации зависит от соотношения скорости зарождения центров и линейной скорости роста. Чем больше с.з.ц. и меньше л.с.р., тем мельче получается зерно.
После окончания первичной рекристаллизации зерна укрупняются вследствие собирательной рекристаллизации.
Основные факторы, влияющие на конечный размер зерна: температура и время отжига, степень деформации, размер исходного (до деформации) зерна, скорость нагрева и химический состав.
С повышением температуры отжига с.з.ц. и л.с.р. увеличиваются. Размер зерна зависит от соотношения с.з.ц. и л.с.р.
с.з.ц.↑ и л.с.р↑ - d при не должен зависеть от температуры отжига
с.з.ц.↑ ↑ и л.с.р↑ - d к моменту окончания первичной рекристаллизации должен быть тем меньше, чем выше температура отжига.
6
С увеличением продолжительности отжига размер зерна возрастает с затуханием, так как при собирательной рекристаллизации скорость роста постепенно уменьшается и размер зерна приближается к предельному для данной температуры значению
7
Влияние степени деформации на размер зерна, полученного при последующем отжиге при двух температурах.
Микроструктура пластинок чистого Al, отожженных при 500° С после растяжения с разной степенью деформации. Натуральная величина
При сравнительно небольшой критической деформации (обычно от 1 до 15%) при отжиге вырастает очень крупное зерно, иногда достигающее нескольких см.
При отжиге после докритических деформаций происходит полигонизация, с увеличением степени деформации в докритической области возрастает неоднородность наклепа разных зерен. Критическая степень деформации соответствует состоянию максимальной неоднородности, когда отдельные исходные зерна растут за счет соседних зерен.
8
Общая плотность дислокаций при критической деформации еще недостаточна, чтобы вызвать при нагреве образование новых высокоугловых границ и центров рекристаллизации. Следовательно, при отжиге после критической деформации протекает не первичная рекристаллизация, а одни слабодеформированные зерна укрупняются за счет других деформированных зерен.
В области закритических деформаций общая плотность дислокаций и избыток дислокаций одного знака настолько велики, что при отжиге быстро образуется большое число центров первичной рекристаллизации, которая охватывает весь объем металла.
С повышением температуры деформирования критическая деформация, выявляемая при последующем отжиге, возрастает . При более высоких температурах деформирования требуется большее обжатие, чтобы достичь необходимой неоднородности наклепа соседних зерен,.
Зависимость критической степени деформации алюминия от температуры деформирования. Отжиг при 450° С, 30 мин.
9
С повышением чистоты металла критическая деформация уменьшается. Легирующие элементы по-разному влияют на величину критической степени
деформации.
Одни элементы (напр., Mn в Al) увеличивают критическую степень деформации, а другие (напр. Zn и Cu в Al) даже в больших количествах оказывают слабое действие.
Влияние степени деформации на размер рекристаллизованного зерна алюминия с добавками марганца. Отжиг при 500° С, 30 мин. 1 – Al чист. 99,7%; 2 – Al + 0,3% Mn;
3 – Al+ 0,6% Mn
10