5. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла

Большая часть работы (до 95 %), затрачиваемой на деформацию металла, превращается в теплоту (металл нагревается), остальная часть энергии аккумулируется в металле в виде повышенной плотности несовершенств строения (вакансий и, главным обра­зом, дислокаций). О накоплении энергии свидетельствует также рост остаточных напряжений в результате деформации. В связи с этим состояние наклепанного металла термодинамически неустой­чиво. При нагреве такого металла в нем протекают процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации, обусловливающие возвращение всех свойств к свойствам металла до деформации.

5.1. Возврат и полигонизация

При нагреве до сравнительно низких температур (обычно ниже (0,2-0,3)Т_пл) начинается процесс возврата, под которым понимают повышение структурного, совершенства наклепанного металла в результате уменьшения плотности дефектов строения, однако без заметных изменений структуры, видимой в световом микроскопе, по сравнению с деформированным состоянием.

В процессе возврата различают две стадии. При более низких температурах (ниже 0,2 Т_пл) протекает собственно первая стадия возврата, когда происходят уменьшение точечных дефектов (вакан­сий) и небольшая перегруппировка дислокаций без образования новых субграниц.

Избыточные вакансии и межузельные атомы поглощаются дис­локациями при перераспределении последних при нагреве. Кроме того, происходит сток вакансий к границам зерен, что определяет уменьшение их концентрации. Далее вакансия и межузельные атомы при встрече взаимодействуют с уменьшением энергии.

Вторая стадия возврата – полигонизация, под которой пони­мают фрагментацию кристаллитов на субзерна (полигоны) с мало­угловыми границами, происходит при нагреве до более высоких температур.

Для объяснения процесса полигонизации предложен следую­щий дислокационный механизм. При деформации кристалла, на­пример, путем изгиба возникают дислокации, неупорядоченно рас­пределенные в плоскостях скольжения (рис. 31, а). При нагреве, достаточном для протекания самодиффузии, дислокации различ­ных знаков аннигилируют, а избыточные дислокации одного знака

Вторая стадия возврата – полигонизация, под которой пони­мают фрагментацию кристаллитов на субзерна (полигоны) с мало­угловыми границами, происходит при нагреве до более высоких температур.

Для объяснения процесса полигонизации предложен следую­щий дислокационный механизм. При деформации кристалла, на­пример, путем изгиба возникают дислокации, неупорядоченно рас­пределенные в плоскостях скольжения (рис. 31, а). При нагреве, достаточном для протекания самодиффузии, дислокации различ­ных знаков аннигилируют, а избыточные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к образо­ванию в монокристалле или в зернах поликристалла субграниц, ограничивающих субзерна (полигоны), свободные от дислокаций (рис. 31, б). Процесс полигонизации этого классического типа протекает после небольших деформаций при нагреве до (0,25-0,3) Т_пл. На рис. 31, в представлены субзерна в структуре низко­углеродистой стали.

У крупнение субзерен (полигонов) при увеличении времени или повышении температуры и очищение их объема от дислокаций приводят к снижению прочности.