ЛЕКЦІЇ Матеріалознавство / ЛЕКЦІЯ тема4

3

Тема 4

Вплив нагрівання на структуру і властивості деформованого металу (1 год)

1.Характеристика процесів, що відбуваються при нагріванні деформованих металів.

2. Повернення. Рекристалізація.

3. Розмір зерна після рекристалізації.

4. Холодна і гаряча деформація. Надпластичність.

–1–

10... 15% енергії, що витрачається на пластичну деформацію металу, нагромаджується у вигляді потенціальної енергії зміщених з положення рівноваги атомів, напружень, підвищеної густини дефектів кристалічної будови. Тому деформований метал знаходиться у неврівноваженому стані. При кімнатній температурі рухливість атомів для перебудови структури недостатня і метал зберігає стан наклепу. При нагріванні збільшується дифузія атомів і починають розвиватися процеси, що приводять решітку у рівноважний стан. Це явище називається поверненням.

–2–

Повернення – це процеси зміни густини і розподілу дефектів у деформованих кристалах.

Стадії: –(нижче 0,2 Т_пл ) повернення першого роду або відпочинок;

– 0,25.. .0,3 Т_пл.повернення другого роду або полігонізація (від лат. Ро1уgоn –багатокутник).

На стадії відпочинку зменшується кількість вакансій і перегрупувуються дислокації. Мікроструктура деформованого металу не змінюється, а міцність трохи зменшується.

Полігонізація – процес розподілу зерен на частини: фрагменти, полігони в результаті ковзання й переповзання дислокацій.

Схема полігонізації: а – хаотичне розташування крайових дислокацій у деформованому металі; б – дислокаційні стінки після полігонізації. 

Рис. Схема полігонізації: а - розподіл дислокацій до деформації;

б - утворення дислокаційних стінок полігонів після полігонізації

Процес протікає при невеликих ступенях пластичної деформації. У результаті знижується міцність на (10...15) % і підвищується пластичність. Змін у мікроструктурі не спостерігається

При нагріванні до 70-75% Т_пл в деформованому металі відбуваються різкі зміни властивостей і структури внаслідок рекристалізації.

Рис. Зміни мікроструктури наклепаного заліза після стиску на 90% від

температури нагрівання (витримка 1 год.):

а - Т = 600°С; б - Т = 650°С; в - Т = 800°С

Рекристалізація – це процес утворення і росту нових недеформованих зерен при нагріванні наклепаного металу до певної температури. Стадії процесу:первинна (обробки) і збірна.

Первинна рекристалізація полягає в утворенні зародків і рості нових рівноважних зерен з неспотвореною кристалічною решіткою.

Волокниста деформована структура замінюється структурою, що складається із рівноважних зерен.

Найменша температура нагрівання, при якій з’являються рекристалізовані зерна, називається температурою початку рекристалізації. Вона залежить від ступеня попередньої деформації, тривалості нагрівання, чистоти металу, впливу легувальних елементів, величини зерна до деформації.

Із збільшенням ступеня деформації температура початку рекристалізації знижується.

У результаті рекристалізації наклеп повністю знімається. Зменшення міцності пояснюється зменшенням спотворень кристалічної решітки і зменшенням густини дислокацій.

Для повного усунення наклепу метал нагрівають до більш високих температур, щоб забезпечити високу швидкість рекристалізації і повноту її проходження. Така термічна обробка називається рекристалізаційне відпалювання.

Збірна рекристалізація – це процес росту одних рекристалізованих зерен за рахунок сусідніх зерен. Рушійною силою збірної рекристалізації є поверхнева енергія зерен. Ріст зерен пояснюється тим, що при наявності великої кількості дрібних зерен їх загальна поверхнева енергія велика, у зв’язку з чим метал має підвищений запас поверхневої енергії. При збільшенні розміру зерен загальна протяжність їх меж зменшується, що відповідає переходу металу в більш рівноважний стан.

При підвищенні температури ріст зерен прискорюється і структура стає більш грубозерниста.

–3–

Рис. Вплив на розмір рекристалізованого зерна температури (а)_і

тривалості нагрівання (б) і ступеня пластичної деформації (в);

f_кр - критичний ступінь деформації

Факторами, що впливають на величину зерен при рекристалізації, є температура, тривалість витримування при нагріванні і ступінь попередньої пластичної деформації.

Рис. а, з підвищенням температури при нагріванні відбувається збільшення розміру зерен. Зростає зі збільшенням тривалості витримки при даній температурі (рис. б).

Найбільші зерна утворюються після незначної пластичної деформації, 3...15% (рис. в). Такий ступінь деформації називають критичним. Така деформація небажана перед проведенням рекристалізаційного відпалу.

Рекристалізаційне відпалювання низьковуглецевих сталей при 600...700°С.

–4–

Холодною називається деформація металу, яку проводять при температурах нижчих за температуру рекристалізації і вона супроводжується наклепом металу (зміцненням).

Гарячою називається деформація металу, яку проводять при температурах вищих за температуру рекристалізації.

Надпластичність – це властивість металів і сплавів видовжуватися на тисячі відсотків від початкового значення.

Умови появи надпластичності: 1) ультра дрібнозерниста структура з розміром зерна 1–2 мкм; 2) температура деформування (0,6 – 0,85) Т_пл; 3) швидкість деформування V= f / τ, де f– ступінь деформації; τ – тривалість, с.