20(10). Возврат и рекристаллизация
В результате деформации металл упрочняются за счет искажения кристаллической структуры зерен, сопровождающегося повышением уровня остаточных напряжений. Упрочнение металла, вызванное наклепом, называют нагартовкой. Наклёпанное состояние металла характеризуется повышенной потенциальной энергией атомов, смещенных из положения равновесия в результате упругой и пластической деформации. При комнатной температуре состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго.
При нагревании атомам сообщается дополнительная энергия, позволяющая перейти в положение устойчивого равновесия.
При нагреве чистых металлов до температуры (0,2…0,3)Тпл (температуры плавления в градусахК) в наклепанном металле проходит процессвозврата, совершающийся в две стадии: сначала происходит некоторое уменьшение вакансий и перегруппировка дислокаций, а затемполигонизация– фрагментация имеющихся кристаллитов на субзерна (полигоны) с образованием малоугловых границ. Обе стадии не приводят к заметным изменениям микроструктуры, наблюдаемой в световом микроскопе. Возврат приводит к снижению внутренних напряжений, полученных при деформировании; при этом механические свойства частично возвращаются в направлении их уровня до наклепывания, а электросопротивление восстанавливается полностью.
а
б в
г
д
Рис. 20. Изменение микроструктуры поликристаллического металла
при деформации (а – г) и рекристаллизации (д)
При нагреве выше 0,4Тплу чистых металлов протекает процесс рекристаллизации; при этом из вытянутых в результате деформации зерен образуются новые мелкие и равноосные – рис. 20; полностью снимаются внутренние напряжения и все свойства возвращаются к уровню предшествовавшему деформированию.
В сплавах рекристаллизацию проводят при температурах (0,7…0,75)Тпл.
Рекристаллизационным отжигомназывают термическую обработку, которую производят перед или между операциями холодной пластической деформации (прокатка, штамповка, волочение) для повышения пластичности и увеличение допустимых степеней деформации.
21. Холодная и горячая деформация. Сверхпластичность. Структура и свойства сплавов после горячей обработки давлением
В зависимости от соотношения температур деформирования и рекристаллизации металла различают холодную, горячую и теплую деформации.
Холодная деформация производится при температуре, не превышающей температуры возврата, поэтому она приводит к упрочнению металла за счет наклепа (нагартовки)**.
Горячей называют деформацию, производимую при нагреве до температур, превышающих порог рекристаллизации (возврата). В этом случае в металле также возникает упрочнение, но оно полностью или частично снимается одновременно протекающими процессами рекристаллизации. Благодаря снижению деформационных усилий горячая обработка позволяет наиболее экономичным образом производить прокатку, ковку и штамповку большинства выпускаемых видов металлопродукции.
Чтобы в результате горячей обработки получить нормальное среднее зерно и свойства, близкие к свойствам отожженного металла, необходимо закончить обработку при оптимальных температурах, приводимых в справочниках для конкретных марок металлов. Если закончить обработку при температуре выше оптимальной, то может произойти сильный рост зерна и ухудшатся механические свойства. Если закончить деформирование при температуре ниже оптимальной, то в металле сохранятся остатки наклепа, и он будет слишком твердым или в нем даже могут появиться трещины.
Теплой называют деформационную обработку, при которой в металле проходит лишь процесс возврата, т. е. он частично рекристаллизуется. Процесс деформации крупных сечений такого металла с большими обжатиями будет в дальнейшем затруднен.
У
становлено,
что пригорячей деформации
металлов с очень
мелким зерном (0,5...10 мкм) и низких скоростях
деформации (10–5...10–4
с–1)
материал течет равномерно без упрочнения
(без наклепа). Такое явление называется
сверхпластичностью,
при этом относительное
удлинение может достигать 200...300 %, а в
отдельных случаях до 1000 %. Явление
сверхпластичности26
широко используется на практике т. к.
позволяет получать изделия очень сложной
формы – профили тонкого сечения, банки
для напитков, аэрозольные упаковки и
т. п.
Рис. 21. Макроструктура литого (а) и
горячедеформированного (б) металла
Металлы, подвергнутые горячей обработке давлением, благодаря мелкозернистой и волокнистой структуре – рис. 21, имеют более высокий предел текучести, бόльшую пластичность и вязкость по сравнению с аналогичными литыми металлами; т. е. горячедеформированные металлы более надежны при эксплуатации. Поэтому Ростехнадзор обязывает изготавливать детали, от которых зависит безопасность людей (детали крановых подвесок, крюки, сосуды для сжатых газов и т. п.) только из металлов, подвергнутых горячей обработке давлением.