3.2.1. Возврат

При нагреве до 0,2…0,3 ТПЛ без заметного изменения структуры и свойств снижаются внутренние напряжения, концентрация точечных дефектов, плотность дислокаций. Возврат сопровождается образованием субзерен – полигонов с относительно малой плотностью дислокаций, разделённых дислокационными границами.

3.2.2. Рекристаллизация

Рекристаллизация – процесс зарождения и формирования новой равновесной структуры. Рекристаллизация возможна, если пластическая деформация больше критической (εкр=3..15%).

Первичная рекристаллизация. При температуре начала рекристаллизации ТН.Р.=αТпл [К], где α=0,3…0,4 - для чистых металлов, α= 0,5…0,7 - для сплавов, на границах деформированных зерен появляются зародыши и рост новых равноосных зерен (рис.14). При нагреве число зародышей интенсивно растет и образуется новая мелкозернистая структура.

Рис.14. Изменение структуры и свойств деформационно-упрочненного металла при нагреве

Собирательная рекристаллизация – укрупнение рекристаллизованных зерен при нагреве с переходом металла в более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией. В итоге формируется термодинамически устойчивая равновесная структура. Размер зерна после рекристаллизации зависит от температуры нагрева, времени выдержки и степени пластической деформации ε. Чем выше температура и время выдержки, тем крупнее зерно (рис.14). Чем больше ε, тем мельче зерно.

а) б) в)

Рис. 15. Влияние температуры (а), длительности отжига (б) и степени деформации (в) на размер рекристаллизованного зерна

Холодная и горячая пластическая деформация

Холодная пластическая деформация проводится при температуре ниже температуры начала рекристаллизации ТДЕФ<ТН.Р., она сопровождается наклепом. Горячая пластическая деформация проводится при температуре выше температуры начала рекристаллизации ТДЕФ>ТН.Р. При этом упрочнение чередуется с рекристаллизационными процессами разупрочнения, и наклёп отсутствует.

4. Теория металлических сплавов

Чистые металлы находят ограниченное применение, так как обладают невысокой прочностью; обычно применяют сплавы. Их получают сплавлением металлов, либо металла с неметаллом, а также методами порошковой технологии.

4.1. Компоненты и фазы в металлических сплавах

Компоненты – элементы, образующие сплав.

Компоненты сплава при взаимодействии образуют фазы. Фаза – это однородная часть сплава, по составу, структуре и свойствам, отделенная от других частей границей раздела. При переходе через границу резко меняются строение и свойства. Сочетание и взаимное расположение фаз, формируемых при охлаждении сплава, образуют его структуру.

Основные фазы в сплавах:

жидкая фаза. Большинство компонентов металлических сплавов в жидком состоянии полностью растворяются друг в друге, образуя жидкий раствор или расплав.

твёрдые растворы,

химические соединения.

Кроме того, фазами могут быть чистые химические элементы, например, углерод (графит) в серых чугунах.

4.1.1. Твёрдые растворы

Твёрдый раствор – фаза, в которой сохраняется кристаллическая решетка основного компонента (растворителя). По характеру расположения растворенных атомов в кристаллической решетке растворителя различают:

твердые растворы замещения;

твердые растворы внедрения.

В твёрдых растворах замещения атомы растворенного компонента (В) располагаются в узлах кристаллической решетки, замещая атомы основного компонента (А). Такие растворы образуются между металлами. Они могут быть неограниченной и ограниченной растворимости.

Условия образования неограниченных твердых растворов:

одинаковый тип кристаллической решётки компонентов;

различие в атомных размерах компонентов не более 8…15%;

расположение элементов в одной и той же или соседних группах таблицы Менделеева.

Твердые растворы внедрения образуют металлы с неметаллами малого атомного радиуса – C,N,B,H. Твёрдые растворы внедрения всегда имеют ограниченную растворимость.

Твёрдые растворы обозначают α, β, γ, например, α=А(В) - твердый раствор компонента В в А.