2. Отдых (возврат) металла

Сопоставим изменение свойств с изменениями в микроструктуре металла. Металл после деформации обладает повышенной свободной энергией и находится в неустойчивом состоянии. Нагрев наклепанного железа до 550°С (рис. 52) не сопровождается изменением в строении зерен металла (увеличилась только интенсивность травления границ вытянутых зерен). Рентгеноструктурный анализ указывает на существенное снижение внутренних напряжений при 550°С, которое происходит за счет микросдвигов внутри зерен из-за снижения _т металла при нагреве. Снижение внутренних напряжений сопровождается некоторым понижением прочностных свойств _в при одновременном повышении пластичности  (рис. 53). Описанные изменения в строении наклепанного металла при нагреве называются отдыхом или возвратом.

3. Рекристаллизация

Нагрев наклепанного материала до температуры рекристаллизации (T_рек) сопровождается резким изменением микроструктуры (рис. 52б). Она состоит частично из мелких зерен, образовавшихся по границам ранее вытянутых кристаллов. Другая часть структуры состоит из уже успевших вырасти зерен. Рекристаллизацией называется образование и рост новых равноосных зерен из деформированных кристаллов.

Образование зародышей рекристаллизации и, связанное с этим резкое изменение свойств, характеризуют первичную рекристаллизацию или рекристаллизацию обработки.

Нагрев до T_рек приводит к резкому снижению предела прочности _B, при одновременном возрастании пластичности 6, рис. 53.

№ 25. Можно ли классифицировать изменения в наклепанной стали при 550°С как рекристаллизацию? Чем можно обосновать сделанное заключение? Ответ (см. на с. 60): 1) можно, - произошло снижение прочности и увеличение пластичности; 2) нельзя, - в микроструктуре изменений не обнаруживается; исходные свойства далеко еще не восстановились.

Температура (точнее интервал температур), при котором проходит процесс рекристаллизации называется температурой рекристаллизации. По А.А. Бочвару для технически чистых металлов T_рек04Т_пл, где T_рек и Т_пл - абсолютные температуры рекристаллизации и плавления, соответственно, теоретически для железа Т_рек=450°С; для ускорения процесса рекристаллизации железа практически используется более высокая температура 550...600°С. Увеличение времени выдержки при температуре рекристаллизации или дальнейшее повышение температуры нагрева приводит к росту центров рекристаллизации.

При этом большое влияние оказывают процессы самодиффузии атомов. Процессы роста зерен при рекристаллизации имеют много общего с ростом зерна при полиморфном превращении.

Собирательная рекристаллизация. Повышение температуры нагрева сопровождается укрупнением зерен при одновременном уменьшении их количества (рис. 52в и 52г). Этот процесс называется собирательной рекристаллизацией, которая наступает, когда выросшие центры рекристаллизации приходят во взаимное соприкосновение.

При этом происходит рост одних новых зерен за счет других (тоже новых). Причиной собирательной рекристаллизации является стремление системы к снижению свободной энергии, что достигается растворением мелких зерен и переходом их атомов к крупным зернам. Благодаря этому снижается поверхностная и общая энергия системы за счет уменьшения относительной протяженности границ зерен. Процесс собирательной рекристаллизации происходит путем миграции границы растущих кристаллов. В гетерофазных системах на интенсивность этого процесса большое влияние оказывают дисперсные частицы, которые тормозят миграцию границ, тем больше, чем больше их объемная доля в металле и чем меньше их размер.

Дальнейшее изменение свойств с увеличением температуры протекает слабо при собирательной рекристаллизации (рис. 53). Интенсивный рост зерна может привести к падению вязкости. Поэтому оптимальные свойства достигаются после реализации рекристаллизации обработки. На рост зерна, кроме температуры и состава металла, очень большое влияние оказывает степень предварительной деформации (рис. 54). При относительно малой деформации (1,5÷10%), названной критической степенью деформации, зерно приобретает огромные размеры. Это связано с неоднородной деформацией разных зерен при степенях деформации близких к критическим. Сильно деформированные зерна имеют большую объемную энергию, и будут поглощаться более стабильными зернами, деформация которых произошла в малой степени. Зависимость между величиной зерна, степенью деформации и температурой рекристаллизационного отжига дают диаграммы рекристаллизации (рис. 55).

№ 26. Производство железной проволоки осуществляется воло­чением при нормальной температуре. После определенных степеней утонения проволока рвется. В чем причины обрыва и что следует сделать для получения проволоки нужного сечения? Ответ (см. на с. 60): причины обрывов 1) понижение пластичности от наклепа, нужно осуществить промежуточный возврат (отдых) металла при 550°С; 2) наклеп и потеря пластичности ме­талла, нужно после ~10% утонения осуществить рекристаллизационный отжиг (нагрев при 900°С); 3) наклеп металла, нужен рекристаллизационный отжиг при 650...700 °С.

№ 27. В чем сходство между полиморфизмом и рекристаллизацией? Ответ (см на с. 60): оба процесса 1) связаны с изменением типа решетки; 2) протекают в твердом состоянии и связаны с процессом диффузии.

В зависимости от того, при какой температуре (ниже или выше температуры рекристаллизации) проводится обработка металла давлением, такая обработка подразделяется на: а) холодную, если температура обработки ниже температуры рекристаллизации; б) горячую, если температура выше температуры рекристаллизации. При холодной обработке металл наклёпывается. При горячей обработке эффект наклепа непрерывно устраняется рекристаллизацией.

Если скорость деформации выше скорости рекристаллизации, имеет место неполное устранение наклепа. Поэтому температура горячей обработки всегда значительно превышает температуру рекристаллизации.

№ 28. Какой обработкой следует считать прокатку свинца (t_ПЛ = 327°С) при комнатной температуре? Ответ (см на с. 60): 1) горячей; 2) холодной.

Современная теория образования и роста центров рекристаллизации связывает этот процесс с перераспределением дислокаций, которые возникли в металле при пластической деформации.

При этом механизм рекристаллизации в значительной степени зависит от степени предварительной деформации.

После больших степеней деформации (плотность дислокации и упругая энергия решетки велики) при нагреве, когда снижается предел текучести металла, происходит интенсивное перераспределение скоплений дислокаций (в том числе скольжением).

Если избыток дислокаций одного знака в дислокационных группировках велик, то в старой решетке скопления таких дислокаций создают больше угловых границ, внутри которых искажения решетки малы. Такие образования, величина которых порядка 1 мкм, являются центрами рекристаллизации.

Таким образом, роль диффузионных процессов при образовании центров рекристаллизации имеет вспомогательный, а не основной характер.

Рост центров рекристаллизации происходит за счет миграции больше угловых границ во внутрь старой решетки. Установлено, что на интенсивность такого роста большое влияние оказывает