Изменение структуры и свойств холоднодеформированного металла при нагреве

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Структура, созданная пластической деформацией, обладает повышенным запасом энергии, так как 5-10 % энергии, затраченной на деформирование, переходит во внутреннюю энергию металла. Это энергия концентрируется в дефектах и упругих искажениях кристаллической решётки.

Для большинства деформированных металлов состояние наклёпа при комнатной температуре относительно стабильно. Но при нагреве создаются условия для движения и перераспределения дислокаций, уменьшения их количества, так как атомы получают дополнительную энергию и легче смещаются, стремясь занять равновесные положения.

Изменения структуры наклёпанного металла при нагреве протекают в две стадии. Первая стадия – возврат, проходит при температурах ниже 0,3T_пл (T_пл – температура плавления); вторая стадия – рекристаллизация, проходит при температурах выше 0,3T_пл .

Возврат

Возврат – это изменение тонкой структуры (плотности точечных, линейных дефектов и ячеистой структуры) и свойств при нагреве деформированного металла. Заметных изменений структуры (размера и формы зёрен), видимой в оптическом микроскопе по сравнению с деформированным состоянием не наблюдается.

Возврат состоит из отдыха и полигонизации.

Отдых имеет место у всех металлов, после любой по величине деформации. При отдыхе происходит уменьшение числа вакансий и перегруппировка дислокаций. Твердость и прочность снижаются незначительно - на 10-15 %, примерно настолько же увеличивается пластичность.

Полигонизация протекает не во всех деформированных металлах, а в случае небольшой степени предшествовавшей деформации. В каждом зерне наблюдается значительное уменьшение плотности дислокаций. Дислокации выстраиваются в «стенки», образуя малоугловые границы. В результате изменения дислокационной структуры зерно делится на субзерна (полигоны), почти свободные от дислокаций (рисунки 3.8 и 3.9).

а б

Рисунок 3.8 -. Расположение дислокаций в монокристалле:

а) до полигонизации; б) после полигонизации

Рисунок 3.9 Образование субзёренной структуры вследствие полигонизации в конструкционной стали марки 38ХВА (Увел. 20300 крат)

Рекристаллизация

Рекристаллизация – это зарождение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов, взамен деформированных. Движущей силой процесса является стремление системы к достижению состояния с минимальной свободной энергией: так как в новых зернах на много меньше дефектов, то их внутренняя энергия тоже меньше.

Температура, при которой появляются зародыши рекристаллизации и растут новые, более совершенные зерна, называется температурой рекристаллизации (Т_Р).

Температура рекристаллизации составляет некоторую долю от температуры плавления (T_пл) металла и может быть рассчитана по формуле А.А.Бочвара - T_р = a×T_пл. Коэффициент a существенно зависит от количества примесей в металле: для химически чистых металлов
a = 0,1-0,2; для технически чистых металлов a = 0,4; для сплавов типа твёрдых растворов a = 0,6-0,7.

Технически чистые металлы - медь, железо, алюминий, имеют температуру рекристаллизации Т_Р=270 ºС, 450 ºС, 100 ºС, соответственно. В сплавах процессы рекристаллизации протекают при более высоких температурах. Для сплавов температуру рекристаллизации устанавливают экспериментальными методами.

Изменение микроструктуры холоднодеформированного металла при нагреве показано на рисунке 3.10; изменение механических свойств – на рисунке 3.11.

а) б) в) г) д) е)

Рисунок 3.10 - Изменение микроструктуры наклепанного металла при нагреве: а) – структура после деформации (при Т< Т_Р);
б) – начало и в) – завершение первичной рекристаллизации (при Т≥ Т_Р);
г) – начало и д) – окончание собирательной рекристаллизации (при Т> Т_Р); е) – вторичная рекристаллизация (при Т>>Т_Р).

Рисунок 3.11 Изменение механических свойств наклепанного металла в результате рекристаллизации (σ – временное сопротивление разрыву,
δ – относительное удлинение).

Когда все деформированные вытянутые зерна заменятся новыми равноосными, это будет означать завершение первичной рекристаллизации (рисунок 3.10, в). Новые зерна имеют низкую плотность дислокаций (p=10⁵-10⁶ см^-2) по сравнению с деформированными (p=10¹⁰-10¹² см^-2).

После окончания первичной рекристаллизации происходит рост новых зёрен, их размеры выравниваются. Этот процесс называется собирательной рекристаллизацией (рисунок 3.10,г,д), его развитие благоприятно влияет на окончательную структуру и пластические характеристики металла. Движущей силой структурных преобразований на этой стадии процесса рекристаллизации является стремление системы к минимальной поверхностной энергии, что реализуется за счет роста зерен и уменьшения суммарной площади поверхности границ.

Затем может происходить вторичная рекристаллизация (рисунок 3.10,е): бурный избирательный рост некоторых зёрен. Получаемая ярко выраженная разнозернистая структура приводит к одновременному снижению прочности и пластичности металла. Это не желательно, так как при последующей холодной обработке давлением в металле возникают большие внутренние напряжения и образуются трещины.

Рекристаллизация снимает наклеп, металл приобретает равновесную структуру с минимальным числом дефектов кристаллической решетки. Свойства металла после рекристаллизации близки к свойствам отожженного, не наклепанного металла.

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 3022; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!