4. Наклеп, возврат и рекристаллизация.
Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
Большая часть работы, затрачиваемая на деформацию металла, превращается в теплоту (металл нагревается), остальная часть энергии активируется в металле в виде повышенной потенциальной энергии атомов, смещенных из положения равновесия. В связи с этим состояние наклепанного металла термодинамически неустойчиво. При нагреве в нем протекают процессы возврата и рекристаллизации, обуславливающие возвращение всех свойств к свойствам металла до деформации.
Возврат.
Это повышение структурного совершенства наклепанного металла в результате уменьшения плотности дефектов старения.
В процессе возврата различают 2 стадии:
1) Отдых. Когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансий) и перераспределение дислокаций. Избыточные вакансии и междуузельные атомы поглощаются дислокациями при перераспределении последних при нагреве. При встрече вакансии и межузельного атома они взаимно поглощаются. В процессе отдыха частично устраняются и дислокации.
2) Полигонизация – дробление кристаллов на субзерна. Для объяснения процесса предложен следующий механизм. При деформации кристалла (например изгиб) возникают дислокации, распределенные беспорядочно.
При нагреве допускающем самодиффузию, избыточные дислокации одного знака выстраиваются в стенки, что приводит к образованию в монокристалле – субзерен.
Рекристаллизация.
1) Первичная рекристаллизация.
До tПР сохраняется деформированное зерно (1). При tПР в деформированном металле образуются и растут зародыши (2) новых зерен с неискаженной решеткой.
При нагреве металла не восстанавливается старое зерно, а появляется новое. Образование новых зерен (3) вместо ориентированной волокнистой структуры (1) называется рекристаллизацией обработки или первичной рекристаллизацией.
Предел прочности, а особенно предел текучести, резко снижается, а пластичность (б) возрастает.
tПР – температурный порог рекристаллизации.
Для чистых металлов tПР = 0,4 tПЛ.
2) Собирательная рекристаллизация.
После завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристаллизованных зерен, за счет других (4). Процесс роста новых зерен называют собирательной рекристаллизацией. При этом предел текучести может уменьшаться. При высокой температуре (выше t’) пластичность может уменьшаться, что сопровождается сильным ростом зерна.
3) Вторичная рекристаллизация.
Зерна растущие с большой скоростью, можно рассматривать как зародышевые центры, поэтому процесс их роста получил название вторичной рекристаллизации. В результате вторичной рекристаллизации образуется множество мелких зерен и небольшое количество очень крупных зерен.
Размер рекристализованного зерна оказывает большое влияние на свойства металла. Металлы и сплавы имеющие мелкое зерно обладают повышенной прочностью и пластичностью. В некоторых случаях требуется более крупное зерно. Величина зерна зависит от температуры рекристаллизации отжига, его продолжительности, степени предварительной деформации, химического состава сплава, размера исходного зерна.
С повышением температуры и продолжительности отжига размер зерна увеличивается.
При очень малых степенях деформации нагрев не вызывает рекристаллизации. При 3-15% деформации величина зерна после отжига резко возрастает и может во много раз превысить размер исходного зерна. Такую степень деформации называют критической. Нагрев после критической степени деформации вызывает только быстрый рост одних исходных перекрист-х зерен за счет поглощения последних. Этот процесс сходен со вторичной рекристаллизацией. При степени деформации выше критической протекает процесс первичной рекристаллизации.