9.2 Теоретическое обоснование работы.

Холодная пластическая деформация (ниже 0,4 ) является одним из способов упрочнения металлов и сплавов. Используется она в ряде технологических процессов — ковке, прокатке, штамповке, прессовании и др.

В результате пластической деформации изменяются структура и свойства металлов и сплавов. С увеличением степени деформации возрастает прочность и электросопротивление, снижается пластичность, уменьшается коррозионная стойкость и плотность.

При степенях деформации 20—30% прочность металлов и сплавов повышается примерно в 1,5 раза, а пластичность снижается в 2—3 раза.

Под упрочнением сплавов понимается повышение свойств, характеризующих их сопротивление пластической деформации ( , твердость и др.), с увеличением степени деформации.

Упрочнение при пластической деформации называется наклёпом. Упрочнение происходит вследствие образования большого количества дефектов кристаллического строения (преимущественно дислокации). Это объясняется следующим образом:

Пластическая деформация осуществляется в основном путем скольжения (сдвига). Перемещение одной части кристалла относительно другой по определенным кристаллографическим плоскостям является результатом движения дислокации (линейного дефекта атомно-кристаллического строения). Накопление дислокаций в деформированном металле затрудняет и тормозит передвижение их по кристаллу. Это вызывает увеличение сопротивления деформированию металла, т. е. его упрочнение. Уменьшение подвижности дислокаций приводит к снижению пластичности.

При больших степенях деформации (на практике применяются 20—3 0%) в результате процессов скольжения исходные равноосные зерна (имеющие произвольную ориентировку) приобретают вытянутую форму и ориентируются в направлении деформации. Преимущественная кристаллографическая ориентировка зерен получила название текстуры. Её образование приводит к анизотропии свойств деформированного металла. Как правило, прочность в направлении течения металла больше, чем в поперечном направлении.

До 10—20% энергии, затраченной на деформирование, поглощается металлом (вызывая искажение его структуры), поэтому металл в состоянии наклепа имеет существенно большой запас свободной энергии по сравнению с равновесным состоянием.

Структура пластически деформированных (наклепанных) металлов и сплавов искажена, металл находится в энергетически неустойчивом состоянии. При определенных условиях, в таком металле должны самопроизвольно происходить процессы, устраняющие искажение в структуре, т. е. восстанавливающие структуру до ее равновесного состояния.

Уменьшение или устранение искажений в структуре после деформации происходит при термической обработке, называемой отжигом. Отжиг, устраняя искажения в структуре, приводит к изменению свойств — снижению прочности и повышению пластичности деформированного металла.

При восстановлении структуры и свойств пластически деформированного металла, в зависимости от температуры отжига, протекают процессы возврата и рекристаллизации.

При относительно низких температурах происходит процесс возврата, при котором форма деформированных зерен сохраняется, но уменьшается плотность дефектов и изменяется их распределение. Уменьшение плотности точечных дефектов (вакансий, межузельных атомов) вызывают частичное восстановление электросопротивления и плотности металла. В результате перераспределения дислокаций и уменьшения их количества механические свойства пластически деформированного металла восстанавливаются частично.

При более высоких температурах нагрева происходит процесс рекристаллизации, который приводит к разупрочнению металлов и сплавов (за счет восстановления равновесной структуры). Под рекристаллизацией понимается совокупность процессов, приводящих к возникновению новых равноосных зёрен.

Различают рекристаллизацию обработки и собирательную. Сначала происходит рекристаллизация обработки, при которой обычно у границ деформированных зерен возникают свободные от искажений новые равноосные зерна. Рекристаллизация обработки заканчивается, когда новые недеформированные зерна приходят во взаимное соприкосновение. После этого начинается собирательная рекристаллизация, заключающаяся в росте одних зерен за счет других.

Начало рекристаллизации совпадает с резким изменением механических свойств наклепанного металла, которое заключается в снижении прочности и повышении пластичности, т. е. происходит разупрочнение.

Температура, при которой возникают новые зерна и резко изменяются механические свойства, называется температурой рекристаллизации ( ). Для чистых металлов ( — температура плавления металла, К). Температура рекристаллизации зависит от многих факторов—содержания легирующих элементов в сплаве, степени предшествующей деформации и других (которые в настоящей работе не рассматриваются). У сплавов выше, чем у чистых металлов. Например, для алюминия температура рекристаллизации 420 К (150° С), а для его сплавов она может достигать 670 К (400° С).

Увеличение степени деформации приводит к понижению температуры рекристаллизации. Температура рекристаллизации имеет большое практическое значение. Металлы и сплавы могут длительно работать под воздействием высоких напряжений только при температурах, лежащих ниже температуры рекристаллизации.

Отжиг выше температуры рекристаллизации называется рекристаллизационным.