7.11. Управление текстурой металла при пластической деформации и термической обработке

Можно ли сохранить текстуру деформированного металла, при которой плоскости легкого сдвига стремятся сориентироваться под углом 45 к плоскости действия максимальных касательных напряжений? Очевидно, можно.

Для этого металл необходимо предварительно продеформировать с умеренными степенями деформации, чтобы перемещение дислокаций происходило преимущественно только по системе легкого скольжения. Напомним, что при больших степенях деформации включается вторичная система скольжения, и в плоскость действия максимальных касательных напряжений разворачиваются вторичные системы скольжения.

Напомним также, что направление действия максимальных касательных напряжений обусловлено схемой напряженно-деформированного состояния, а плоскость легкого сдвига определяется минимумом напряжений Пайерлса, см. раздел 3.4. Рассмотрим возможность управления текстурой металла при пластической деформации и отжиге рения. Этот металл нам уже известен  в разделе 5.11 мы рассматривали особенности структурообразования и упрочнения этого металла, в разделе 6.1  изменение структуры при термической обработке, а в разделе 7.6  текстурообразование при прокатке фольги.

Отметим, что рений отличается от других металлов сильнейшим деформационным упрочнением, потому управление текстурой для повышения пластичности этого металла является очень важной задачей. Для повышения пластичности металла при прокатке желательно развернуть плоскости базиса (0001) под углом ~45 к плоскости фольги, а для улучшения эксплуатационных качеств фольги в ней необходимо создать базисную текстуру (0001) в плоскости фольги.

По данным раздела 7.6 при холодной прокатке фольги металл разворачивает базисные плоскости вдоль действия максимальных касательных напряжений, т.е. под углом близким к 45 относительно плоскости фольги.

На рис. 7.10 представлены полюсные фигуры рения, отожженного при различных температурах в течение различного времени. Отжиг металла при температурах 1600 С (0,5 Т_­пл) в течение 30 мин мало изменил исходную текстуру прокатки. Можно отметить некоторое уменьшение интенсивности текстурных максимумов.

	Рис. 7.10. Полюсные фигуры {0002} текстуры рения: после отжига при Т=1600С в течение 30 мин (а) и в течение 3 ч (б); после отжига при Т=2130С в течение 1 часа; скорость нагревания 0,3 С/с (в) и 240 С/с (г); после прокатки с обжатием (0,20,3)% и отжига при Т=1600С (д)

С увеличением выдержки при той же температуре отжига интенсивность базисной текстуры возрастает, что приводит к уменьшению «размытия» текстуры. Последнее обусловлено тем, что по окончании первичной рекристаллизации основной движущей силой процесса разупрочнения становится уменьшение внутренних напряжений, создаваемых границами зерен. Следовательно, как мы отмечали в разделе 7.9, на поверхность фольги выводится плоскость базиса. Поскольку движущие силы собирательного процесса малы (_s/а_гр0,04 МПа), то и процесс перемещения границ и формирования базисной текстуры происходит медленно.

В результате отжигов, выполненных при температуре 1800 С (0,56 Т_пл) с различными скоростями нагревания, формируются различные текстуры. При малых скоростях нагрева происходит заметное ослабление интенсивности всех текстурных максимумов и рассеяние их вокруг НН. Отдельные всплески высокой интенсивности  это отражения от крупных зерен, которые формируются при высокой температуре. Текстура, представленная на рис. 7.10,г, повторяет текстуру прокатки.

Подобное различие в текстурах отжига металла после нагрева с различными скоростями вполне объяснимо. При быстром нагревании металла до температур отжига Т_отж выполняются условия образования границ как полигонального, так и рекристаллизационного типа, т.е. как малоугловых, так и высокоугловых. Достижение температур отжига происходит при нагревании потоком электронов практически мгновенно, поэтому при Т=Т_отж рост зародышей новых зерен при снятии деформационного упрочнения равновероятен. Причиной является тот факт, что движущие силы миграции границ при росте зародышей  деформационное упрочнение  практически одинаковы для всех границ, а поверхностное натяжение по величине существенно меньше, чем упрочнение в (6.6) – (6.8). В связи с этим текстура металла сохраняется в неизменном виде.

При собирательной рекристаллизации преимущественно мигрируют границы с максимальным значением , т.е. границы с наибольшей энергией или наименьшим радиусом кривизны. Поэтому увеличение времени отжига приводит к усилению базисной ориентировки (0001).

Медленное нагревание металла способствует последовательному протеканию процессов разупрочнения  отдыха, полигонизации, рекристаллизации. В связи с этим процессы, начинающиеся при более низких температурах Т<Т_отж развиваются и протекают в более полной мере, чем при быстром нагревании. Полигонизация и образование субзеренной структуры во многом снимают деформационное упрочнение, препятствуют развитию рекристаллизации. Последовательность и различная степень развития полигонизации и рекристаллизации приводят к уменьшению интенсивности текстурных максимумов.

Собирательные процессы при увеличении времени отжига приводят к тем же процессам, что и в случае быстрого нагрева.

Способ обработки фольги  прокатка с критическими степенями деформации + отжиг при 1600С приводит к формированию крупнозернистого металла: средний диаметр зерна в 2030 раз превышает толщину фольги и составляет 0,51,0 мм. Практически все зерна имеют базисную ориентировку в плоскости фольги.

При укрупнении зерна снижается предел текучести металла, а также внутренние напряжения, создаваемые границами зерен, уменьшается общая энергия системы. Физический механизм укрупнения размера зерен после критических степеней деформации состоит, очевидно, в следующем. Малые степени деформации и регламентированное деформационное упрочнение недостаточны для того, чтобы при нагревании были образованы новые границы полигональных ячеек или зародышей рекристаллизации. В то же время этой энергии достаточно, чтобы активировать избирательное движение некоторых существующих границ. Согласно условию (6.7)

,

этими границами являются границы с максимальным значением и минимальным радиусом локальной кривизныr.

В результате собирательного процесса после критической степени деформации можно ожидать, как и для обычного собирательного процесса, формирование текстуры, при которой на поверхность выходят плоскости легкого сдвига  (111) для ГЦК металлов, (110) для ОЦК металлов и (0001) для ГПУ металлов.

На рис. 7.10,д представлена полюсная фигура рениевой фольги толщиной 30 мкм после прокатки с обжатием 0,20,3 % и отжига при температуре 1600К. Как видно, при этих режимах обработки в металле формируется необычайно острая базисная текстура интенсивностью до 80 единиц.