Пластическая деформация и механические свойства. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла

Пластическая деформация и механические свойства. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. Переход к равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов. При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго. При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация.

Возврат.

Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки. Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре  

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций. При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков в стенки, деление зерна малоугловыми границами.

↑ Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном металле; б – дислокационные стенки после полигонизации.

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный. Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15)% и повышается пластичность. Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается. Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

 ↑ Влияние нагрева деформированного металла на механические свойств

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация.

Рекристаллизация

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры. Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность.

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании  центров кристаллизации и росте  новых равновесных зерен с  неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ  старых зерен и блоков, где  решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно  увеличивается и в структуре  не остается старых деформированных  зерен. Движущей силой первичной  рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном  металле. Система стремится перейти  в устойчивое состояние с неискаженной  кристаллической решеткой.

2 стадия – собирательная рекристаллизация  заключается в росте образовавшихся  новых зерен.

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления 

для металлов: а = 0,4; для твердых растворов: а=0,5 . . .0,8 ; для металлов высокой чистоты: а=0,1 . . . 0,2

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации.

↑ Влияние предварительной степени деформации металла на величину зерна после рекристаллизации

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10%. Такую деформацию называют критической. И такая деформация нежелательна перед проведением рекристаллизационного отжига. Практически рекристаллизационный отжиг проводят для малоуглеродистых сталей при температуре 600…700°C, для латуней и бронз – 560…700°C, для алюминиевых сплавов – 350…450°C, для титановых сплавов – 550…750°C.