Понятие о наклепе, возврате и рекристаллизации.

Наклепом называется изменение свойств металла в результате холодной пластической деформации. При наклепе повышаются прочность и твердость, т.е. происходит упрочнение металла или его нагартовка.

Характеристики пластичности (пластичность, вязкость, относительное удлинение и сужение) понижаются.

При наклепе изменяются свойства металла потому, что изменяется структура. Зерна металла вытягиваются в направлении действия деформации и структура становится слоистой. Упрочнение объясняется тем, что с увеличением степени деформации, на несколько порядков увеличивается число дислокаций и их свободное перемещение замедляется.

Возврат. Металл, подвергнутый пластической деформации находится в термодинамически неустойчивом состоянии. Нагревание может вернуть ему исходные (до деформации) свойства. Если температуры нагрева находятся в пределах 0,2 – 0,3 Т_{плавления} материала, то наступает процесс возврата. При этом:

- Снижаются напряжения в материале, уменьшается количество дислокаций.

- При возврате заметных изменений в структуре металла не наблюдается, Он сохраняет слоистое или волокнистое строение.

- поэтому Механические свойства материала также не изменяются.

Механизм рекристаллизации наклепанного металла при нагреве.

При дальнейшем нагревании металла до температур выше температуры возврата, подвижность атомов возрастает и происходит процесс рекристаллизации – это процесс образования и роста новых равноосных зерен, взамен деформированных при наклепе.

Этот процесс протекает в 2 стадии: Первичная рекристаллизация и собирательная.

Первичная рекристаллизация заключается в образовании зародышей и росте новых равноосных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ зерен, линий скольжения, скопления примесей, т.е. там, где решетка наиболее искажена при наклепе.

Собирательная рекристаллизация заключается в росте образующихся зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. Рост зерен объясняется тем, что при наличии большого количества мелких зерен их поверхностная энергия очень велика, поэтому металл обладает большим запасом поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ зерен становится меньше и металл переходи в более равновесное состояние.

Особенностью собирательной рекристаллизации является то, что рост зерен происходит не в результате слияния нескольких мелких зерен в одно большое, а одни зерна растут за счет других зерен. Зерно на одном участке может расти за счет соседнего, а на другом может поглощаться соседним зерном.

Минимальная температура, при которой начинается процесс рекристаллизации, называется температурным порогом рекристаллизации. Она подчиняется: Т_рек = βТ_пл (формула Бочвара).

Для технических металлов β=0,35 – 0,45

Для металлов высоких частот β=0,25 – 0,35

Для сплавов и соединений β=0,5 – 0,8

На практике температуры по сравнению с расчетами берут на 100- 150 градусов выше для уверенности прохождения процесса.

При рекристаллизации происходит существенное изменение свойств металлов, противоположное изменению свойств при наклепе: понижается твердость и прочность металла и возрастают пластические характеристики.

Понятие критической степени деформации.

На свойства металлов большое влияние оказывает размер зерен, образовавшихся в процессе рекристаллизации. В результате образования крупных зерен понижаются прочностные и пластические характеристики металлов.

Основными факторами, определяющими величину зерна, в процессе рекристаллизации является температура, время выдержки при этой температуре и в основном степень предварительной деформации. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации (3 - 10 %). Такую степень деформации называют критической.

Критическая степень деформации – такая степень деформации, при которой образуются наиболее крупные зерна, что снижает все свойства металла.

Наилучшие физико-химические свойства получаются у металлов, когда обработку давлением проводят при степенях деформации, намного превышающих Е_кр. В этом случае образуются мелкие зерна, которые обеспечивают высокие механические свойства.

Вывод: Свойства металлов и сплавов определяются их составом и внутренним строением (структурой). Деформация позволяет изменить структуру, а значит и свойства. Это лежит в основе многих технологий обработки металлов.