Температуры отжига холоднодеформированного металла

Наименьшую температуру начала рекристаллизации называют температурой рекристаллизации Т_р.

Температура рекристаллизации одного и того же сплава может изменяться от: химического состава (исходное состояние); степени предшествующей деформации (процесс деформирования); времени отжига (технология последеформационного нагрева).

Температура рекристаллизации определяется по формуле А.А.Бочвара:

Т_р = kТ_пл,

где k – коэффициент, зависящий от чистоты металла и степени легирования.

Для чистых металлов и сплавов температура Т_р составляет (0,25 - 0,30) Т_пл. Для металлов и сплавов технической чистоты, деформированных на 60 - 70 %, Т_р составляет (0,3 - 0,4) Т_пл. Для высоколегированных сплавов со структурой твердых растворов Т_р возрастает до (0,5 - 0,6) Т_пл.

Для осуществления рекристаллизации и снятия наклепа проводят специальную термическую обработку, называемую рекристаллизационным отжигом. При этой термообработке холоднодеформированный сплав нагревают до температур, превышающих температуру рекристаллизации, для того, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания: Т_отж = Т_р + 150 – 200ºС. По окончании первичной рекристаллизации, несмотря на существенное уменьшение свободной энергии металла, структура остается нестабильной вследствие сильно развитой поверхности границ зерен при мелком зерне. Дальнейшее повышение стабильности структуры происходит во время собирательной рекристаллизации, которая протекает при температурах выше температуры рекристаллизации.

Собирательная рекристаллизация – стадия после деформационного нагрева, во время которой происходит увеличение размеров рекристаллизованных зерен. Движущая сила собирательной рекристаллизации – стремление системы к минимуму свободной энергии за счет уменьшения поверхностной энергии при росте зерен. При собирательной рекристаллизации плотность дислокаций практически не изменяется, поэтому незначительное снижение прочности происходит только за счет уменьшения протяженности границ, являющихся барьерами для перемещения дислокаций; характеристики пластичности изменяются незначительно.

Горячая пластическая деформация (ГПД) происходит при температурах, значительно превышающих температуру рекристаллизации (табл. 2.2). В связи с этим во время горячей деформации в сплаве происходят одновременно как процессы упрочнения (от деформации), так и разупрочнения (от повышенной температуры).

Таблица 2.2

Температура начала рекристаллизации, интервал температур рекристаллизационного отжига и горячей обработки давлением

Металл	Температура рекристаллизации,ºС	Температура рекристаллизационного отжига,°С	Температура горячей обработки давлением,°С
Железо	450	600 - 700	800 - 1300
Медь	270	450 - 500	600 - 800
Алюминий	150	250 - 350	350 - 450
Молибден	900	1400 - 1600	1400 - 2000

Разупрочнение обусловлено протеканием как рекристаллизации динамической, так и полигонизации динамической.

Динамическая полигонизация в отличие от полигонизации, развивающейся только при термическом воздействии, сопровождается увеличением плотности дислокаций в сформировавшихся субзернах. Когда получается полигонизованная структура, то уровень прочностных свойств повышается: например, предел текучести σ_0,2 может быть увеличен на 20 - 60 %.

Динамическая рекристаллизация отличается от статической тем, что появившиеся рекристализованные зерна с низкой плотностью дислокаций во время своего роста наклепываются из-за продолжающейся (во время технологического процесса) деформации. Участки, рекристаллизовавшиеся в первую очередь, наклепываются раньше, и в них быстрее достигается критическая плотность дислокаций, необходимая для зарождения новых рекристаллизовавшихся зерен, которые затем наклепываются и т.д., следствием чего является значительное разупрочнение материала.

Изменяя условия прокатки:степень деформации, скорость и температуру деформации, можно регулировать конечную структуру сплава, размер зерен и, следовательно, его свойства.

Конечная структура и механические свойства горячедеформированного металла зависят не только от технологических параметров деформирования (степень, температура, скорость), но и от скорости охлаждения после окончания процесса в последеформационный период, когда металл еще остается горячим. Повышение прочности происходит в том случае, когда заторможены процессы диффузии, способствующие рекристаллизации: деформация с большими скоростями; пониженная температура; высокая скорость охлаждения после деформирования.

Достоинства горячей обработки давлением:

1. Экономическая целесообразность, т.к. в отличие от холодной не требуется проведение промежуточных отжигов для снятия наклепа.

2. Возможность получения мелкозернистой структуры при увеличении скорости деформации.

Недостатки горячей обработки давлением:

1. Большая неоднородность структуры и свойств, что связано с градиентом деформации (поверхность сильнее деформирована, чем сердцевина) и температуры (поверхность охлаждается быстрее сердцевины).

2. Низкое качество поверхности из-за образования окалины (после холодной пластической деформации окисление минимально).

3. Трудность поддержания постоянной температуры при деформировании тонких полуфабрикатов. Изделия с небольшим сечением, как правило, деформируют в холодном состоянии.