6. Деформация при повышенных температурах

При повышении температуры деформируемого металла возникают процессы противоположные упрочнению, то есть одновременно с упрочнением возникают разупрочняющие процессы.

При деформации металла, нагретого до сравнительно низких температур, амплитуда тепловых колебаний атомов увеличивается, обеспечивается их переход в новое положение равновесия. Потому упругие деформации уменьшаются, а в результате снижаются или полностью исчезают остаточные напряжения. Это явление называется возвратом (отдыхом) и происходит оно при Т = (0,2÷0,3) Т_пл.

Возврат сопровождается уменьшением сопротивления деформированию и увеличением пластичности, но тем не менее обработка давлением при температурах возврата протекает с упрочнением, образованием текстуры деформации.

Процессы возврата происходят за определенный период времени, поэтому увеличение скорости деформации может снизить эффект возврата.

Дальнейшее увеличение температуры сверх температуры возврата ведет к возникновению процесса рекристаллизации. Рекристаллизация заключается в появлении центров роста и росте новых зерен взамен деформированных. Зародышами новых зерен являются ячейки с относительно правильной, не искаженной в процессе деформации решеткой. К этим зародышам в соответствии с параметрами решетки пристраиваются атомы, участвующие в диффузии, активность которой с увеличением температуры резко возрастает. Новые кристаллы не имеют упрочнения от предшествующей деформации и в них отсутствуют остаточные напряжения.

Процесс рекристаллизации происходит с определенной скоростью, которая тем больше, чем выше температура и степень деформации. Если в процессе деформации рекристаллизация идет с такой скоростью, что в результате все зерна получают равноосную форму, то упрочнения и изменения свойств металла не произойдет.

Температура, при которой может начаться рекристаллизация Т_р ≥ 0,4Т_пл.

Размеры новых зерен в металле зависят от температуры, при которой происходит рекристаллизация и от степени предшествующей пластической деформации.

Имеются критические степени деформации, при которых наблюдается резкое увеличение размеров рекристаллизованных зерен. Для Т_р = 0,4 Т_пл критическая δ % ≈ 8 ÷ 10 % (рис. 6.1).

Наличие критических степеней деформации объясняется тем, что на начальной стадии деформации количество искаженных кристаллитов невелико, а значит невелико и число возможных центров рекристаллизации. При критической степени деформации число центров рекристаллизации остается небольшим, но межкристаллитное вещество уже частично разрушено, кристаллиты соприкасаются, а это облегчает присоединение атомов соседних зерен к новому зерну, объединению нескольких зерен в одно. Это ведет к резкому увеличению размеров зерен.

На (рис. 6.2) показан образец из мягкой стали после стандартного испытания на растяжение с последующими отжигом при 700ºС в течение часа. Крупные зерна появились в зоне критической деформации между 5 % и 9 % удлинения. Максимальная деформация в области шейки образца для мелких зерен. На (рис. 6.3) показана картина рекристаллизации после обжатия в двух взаимно перпендикулярных направлениях квадрата из мягкой стали с последующим отжигом.

Дальнейшее увеличение степени деформации приводит к увеличению центров рекристаллизации, появлению множества зерен, которые взаимодействуя между собой сдерживают свой рост и размеры новых зерен относительно малы.

С увеличением температуры увеличивается подвижность атомов, что приводит к увеличению размеров зерна при всех степенях деформации. При этом следует помнить, что лучшими физикомеханическими характеристиками обладает металл с мелкозернистой структурой.

Указанные явления свойственны рекристаллизации обработки.

Отжиг деформированного металла при температуре (0,8 ÷ 0,9) Т_пл в течение достаточно длительного времени приводит к собирательной рекристаллизации, в результате которой зерна соединяются и их размер возрастает (отжиг – нагрев и охлаждение с печью).

Как правило, отжиг устраняет текстуру деформации после холодной обработки металла, однако это происходит не всегда и может возникнуть текстура рекристаллизации – когда кристаллографические оси рекристаллизованных равноосных зерен имеют преимущественную ориентировку в пространстве. Наличие текстуры рекристаллизации приводит к анизотропии механических свойств в металле после отжига, что может проявиться при последующих операциях обработки давлением (фестоны при вытяжке).