Возврат и рекристаллизация

При холодном деформировании создается неравновесная структура. Переход металла в более стабильное состояние происходит при нагреве. При повышении температуры ускоряется перемещение точечных дефектов и создаются условия для перераспределения дислокаций.

При нагреве происходят: возврат и рекристаллизация. Возврат делится на отдых и полигонизацию.

Возврат – все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, то есть размер и форма зерен не изменяются.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения. В результате образуются равноосные зерна (рис.7.6).

Рис. 7.6. Рекристаллизация деформированного сплава

а – структура наклепанного металла, б – зарождение зерен более правильного строения

в –вторичная рекристаллизация (неравномерный рост одних зерен по сравнению с другими)

Отдых – стадия возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий. Отдых уменьшает удельное электросопротивление и повышает плотность металла. Твердость и прочность уменьшаются на 10-15% и увеличивается пластичность. После отдыха повышается сопротивление коррозионному растрескиванию.

Полигонизация – процесс формирования субзерен, разделённых малоугловыми границами. Эти субзерна практически не содержат дислокаций. Уменьшается плотность дислокаций за счет взаимоуничтожения дислокаций противоположных знаков.

Полигонизация бывает предкристаллизационная и стабилизирующая.

Предкристаллизационная - начальная стадия первичной рекристаллизации.

Стабилизирующая- представляет собой формирование субзерен, разделенных плоскими дислокационными стенками. Стенки малоподвижны и весьма устойчивы, при дальнейшем нагреве они сохраняются практически до температуры плавления. После формирования субзеренной структуры рекристаллизация не происходит (рис.7.7).

Стабилизирующая полигонизация развивается при определенных условиях:

- отсутствие ячеистой дислокационной структуры;

- избыток краевых дислокаций одного знака.

Такие условия характерны для монокристаллов и крупнозернистых монокристаллов после небольших пластических деформаций.

Рис. 7.7. Схема стабилизирующей полигонизации (а)

с образованием субзеренной структуры (б)

Значение полигонизации

1) упрочняет металл по аналогии с формированием мелкозеренной структуры с высокоугловыми границами;

2) снижает остаточные напряжения, повышает сопротивление коррозионному растрескиванию;

3) повышает жаропрочность деталей (т.к. границы субзерен являются препятствием для переползания дислокаций;

4) оптимальное сочетание пластичности и высокой прочности.

Рекристаллизация бывает первичная, собирательная, вторичная.

Первичнаярекристаллизация начинается с образования зародышей новых зерен а заканчивается полным замещением наклепанного металла новой поликристаллической структурой (рис.7.6).

Для начала первичной рекристаллизации требуется:

1) предварительная деформация больше критической;

2) Т_рек = а ·Т_пл – температура нагрева должна превысить критическое значение.

Коэффициент а снижается при увеличении степени деформации.

Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп, металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов.

Собирательная рекристаллизация – самопроизвольный процесс укрупнения зерен, образовавшихся на стадии первичной рекристаллизации.

Вторичная рекристаллизация – стадия неравномерного роста одних зерен, по сравнению с другими.

Для конструкционных сплавов анизотропия свойств нежелательна. Рекристаллизованные сплавы, как правило, однородны по свойствам. Однако иногда появляется предпочтительная кристаллографическая ориентация зерен – текстура рекристаллизации. Она имеет практическое значение для сплавов с особыми физическими свойствами (трансформаторная сталь – уменьшаются потери на перемагничивание по определенным направлениям листа.)

Рекристаллизация многофазных сплавов представляет собой более сложный процесс, в котором на зарождении и росте новых зерен сказываются различия свойств каждой фазы, характер структуры и объемные соотношения между фазами. Чем ближе расположены частицы второй фазы, тем труднее перемещаться границе нового зерна и тем сильнее тормозится рекристаллизация.

При горячем деформировании материала с ультрамелким зерном (0,5-10мкм) появляется сверхпластичное состояние металла. При низких скоростях деформирования металл течет равномерно, не упрочняясь. В этом состоянии металл можно деформировать на 200-300% без разрушения.

Сверхпластичность наблюдается при горячем деформировании сплавов вблизи температуры полиморфного превращения или плавления.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое деформация?
2. Чем определяется большая или меньшая способность к пластическому деформированию?
3. Что такое элементарный акт сдвига?
4. Почему прочность реальных кристаллов ниже теоретической прочности кристалла?
5. Что лежит в основе упрочнения металла при помощи деформации?
6. Что мешает движению дислокаций в кристалле?
7. Чем отличается деформация монокристалла от поликристалла?
8. От каких факторов зависит процесс деформирования двухфазных сплавов?
9. Как называется процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения, в результате которого образуются равноосные зерна?
10. Как называется стадия возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий?
11. Как называются все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, то есть размер и форма зерен не изменяются?

12. Как называется процесс формирования субзерен, разделённых малоугловыми границами. Эти субзерна практически не содержат дислокаций.

13. За счет чего при полигонизации уменьшается плотность дислокаций?

1. В чем значение полигонизации?
2. Чем отличается предкристаллизационная полигонизация от стабилизирующей?
3. Какие условия необходимы для стабилизирующей полигонизации?