Возврат металлов это

Возврат и рекристаллизация металла при его обработке

При нагреве упрочненного металла или сплава в нем происходят обратимые процессы, приводящие к частичной или полной потере прочности. При нагреве металла повышается кинетическая энергия атомов, усиливаются их тепловые колебания, вследствие чего атомы получают возможность возвращаться в равновесное состояние.

Нагрев упрочненного металла до сравнительно невысоких температур — (0,25-0,30) Т_пл — обеспечивает частичное снятие внутреннего напряжения, а следовательно, и некоторое восстановление пластических свойств. Это явление называется возвращением (отдыхом) .

Как видно из рис. 1.9, в в результате возвращения форма и ориентировка зерен, созданная деформацией, не меняется, а кристаллическая решетка восстанавливается.

Возвращение повышает сопротивление металла коррозии и резко уменьшает склонность к самопроизвольному растрескиванию, которое, например, особенно часто наблюдается в латунных деталях, полученных холодной штамповкой. При нагреве упрочненного металла выше температуры возврата в нем протекает процесс рекристаллизации ( далее «Р.» )

При температуре Р. энергетический потенциал атомов достигает такой величины, что они получают возможности перегруппировки и интенсивного обмена местами. В результате этого при рекристаллизации восстанавливается микроструктура металла (Рис. 1.9, г). После Р. исчезает упорядоченное ориентировки зерен и металл приобретает первоначальные свойств.

Процесс рекристаллизации протекает со скоростью, зависящей от температуры и степени деформации, и чем выше температура и степень предварительной деформации, тем больше скорость рекристаллизации .

Температура начала Р. зависит от состава сплава и степени деформации. А.А. Бочвара установил зависимость между температурой начала рекристаллизации Т_р и абсолютной температурой плавления Т_пл и выразил это в виде эмпирической формулы

Формула не учитывает влияния степени деформации на температуру Р..

Связь между величиной зерна, степени деформации и температурой рекристаллизации изображается объемными диаграммами получаемыми экспериментальным путем для каждого металла или сплава. Диаграмма рекристаллизации дает возможность проследить за изменением структуры сплава при данных условиях обработки давлением и выбрать как температуру, так и степень деформации, обеспечивающие получение желаемой величины зерна.

На рис. 1.10, а приведена диаграмма Р. железа, деформированного в холодном состоянии. Она показывает, что с увеличением степени деформации величина зерна уменьшается, а температура Р. снижается; с повышением температуры рекристаллизации при данной ступени деформации зерно растет. При больших степенях деформации Т_р не оказывает заметного влияния на рост зерна. Диаграммы рекристаллизации для других металлов и сплавов имеют аналогичный характер.

Т_р дает возможность установить границы температуры горячей и холодной обработок металлов давлением. Если обработка давлением происходит при температурах ниже Т_р и сопровождается клеветой, то такая обработка называется холодной. Если обработка давлением происходит при температуре выше Т_р и не сопровождается клеветой, то она называется горячей.

Возврат металлов это

Неравновесная структура, созданная холодной деформацией, у большинства металлов устойчива при температуре 25 °С. Переход металла в более стабильное состояние происходит при нагреве. При повышении температуры ускоряется перемещение точечных дефектов и создаются условия для перераспределения дислокаций и уменьшения их количества.

Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию; обе стадии сопровождаются выделением теплоты и уменьшением свободной энергии. Возврат происходит при относительно низких температурах (ниже ), рекристаллизация — при более высоких.

Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, т. е. размер и форма зерен при возврате не изменяются.

Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов строения; в результате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего равноосные кристаллы.

Возврат, в свою очередь, подразделяют на две стадии: отдых и полигонизацию. Отдых при нагреве

деформированных металлов происходит всегда, а полигонизация развивается лишь при определенных условиях.

Отдыхом холоднодеформированного металла называют стадию возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий; в ряде металлов, таких, как алюминий и железо, отдых включает также переползание дислокаций, которое сопровождается взаимодействием дислокаций разных знаков и приводит к заметному уменьшению их плотности. Перераспределение дислокаций сопровождается также уменьшением остаточных напряжений. Отдых уменьшает удельное электрическое сопротивление и повышает плотность металла.

В общем, твердость и прочность максимально уменьшаются на 10-15% первоначальных значений и соответственно увеличивается пластичность. После отдыха повышается сопротивление коррозионному растрескиванию.

Полигонизацией называют стадию возврата, при которой в пределах каждого кристалла образуются новые малоугловые границы. Границы возникают путем скольжения и переползания дислокаций; в результате кристалл разделяется на субзерна-полигоны, свободные от дислокаций (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Схема полигонизации: а, б — наклепанный металл до и после полигонизации соответственно

Полигонизация в металлах технической чистоты и в сплавах — твердых растворах — наблюдается только после небольших степеней деформаций и не у всех металлов. Так, этот процесс редко развивается в меди и ее сплавах и хорошо выражен в алюминии, железе, молибдене и их сплавах. Полигонизация холоднодеформированного металла обычно приводит к уменьшению твердости и характеристик прочности. Блочная структура, возникшая благодаря полигонизации, весьма устойчива и сохраняется почти до температуры плавления. После формирования блочной структуры рекристаллизация не наступает, полигонизация и рекристаллизация оказываются конкурентами.

Пластически деформированные металлы могут рекристаллизоваться лишь после деформации, степень которой превышает определенное критическое значение, которое называется критической степенью деформации. Если степень деформации меньше критической, то зарождения новых зерен при нагреве не происходит. Критическая степень деформации невелика (2-8 %); для алюминия она близка к 2%, для железа и меди — к 5%.

Существует также температура рекристаллизации; это наименьшая температура нагрева, обеспечивающая возможность зарождения новых зерен. Температура рекристаллизации составляет некоторую долю от температуры плавления металла:

Значение коэффициента а зависит от чистоты металла и степени пластической деформации. Для металлов технической чистоты и понижается с увеличением степени деформации. Уменьшение количества примесей может понизить а до 0,1 —0,2. Для твердых растворов а при растворении тугоплавких металлов может достигать 0,7 —0,8. Для алюминия, меди и железа технической чистоты температурный порог рекристаллизации равен соответственно 100, 270 и 450 °С.

Зарождение новых зерен при рекристаллизации происходит в участках

Рис. 4.13. Схема изменения микроструктуры наклепанного металла при нагреве: а — наклепанный металл; б — начало первичной рекристаллизации; в — завершение первичной рекристаллизации; г, д — стадии собирательной рекристаллизации

с наибольшей плотностью дислокаций, обычно на границах деформированных зерен. Чем выше степень пластической деформации, тем больше возникает центров рекристаллизации. Они представляют собой субмикроскопические области с минимальным количеством точечных и линейных дефектов строения. Эти области возникают путем перераспределения и частичного уничтожения дислокаций; при этом между центром рекристаллизации и деформированной основой появляется высокоугловая граница.

С течением времени образовавшиеся центры новых зерен увеличиваются в размерах вследствие перехода атомов от деформированного окружения к более совершенной решетке; при этом большеугловые границы новых зерен перемещаются в глубь наклепанного металла.

Рассмотренная стадия рекристаллизации называется первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки. Первичная рекристаллизация заканчивается при полном замещении новыми зернами всего объема деформированного металла (рис. 4.13).

По завершении первичной рекристаллизации происходит рост образовавшихся зерен при увеличении выдержки или температуры; эта стадия рекристаллизации называется собирательной рекристаллизацией. Этот процесс самопроизвольно развивается при достаточно высоких температурах в связи с тем, что укрупнение зерен приводит к уменьшению свободной энергии металла из-за уменьшения поверхностной энергии (чем крупнее кристаллы, тем меньше суммарная поверхность границ).

Рост зерен происходит в результате перехода атомов от одного зерна к соседнему через границу раздела; одни зерна при этом постепенно уменьшаются в размерах и затем исчезают, а Другие становятся более крупными, поглощая соседние зерна. С повышением температуры рост зерен ускоряется. Чем выше температура нагрева, тем

Рис. 4.14. Схемы изменения твердости (а) и пластичности (б) наклепанного металла при нагреве: I — возврат; II — первичная рекристаллизация; III — рост зерна

более крупными окажутся рекристаллизованные зерна.

Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп, созданный при пластической деформации; металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов кристаллического строения. Свойства металла после рекристаллизации близки к свойствам отожженного металла (рис. 4.14).

Деформирование металлов подразделяют на холодное и горячее в зависимости от температуры. Холодное деформирование проводят ниже температуры рекристаллизации, металл наклепывается и сохраняет наклеп. Горячее деформирование приводят выше температуры рекристаллизации, когда получаемый наклеп снимается одновременно протекающей рекристаллизацией. Если рекристаллизация не устраняет наклеп, то он сохраняется частично или полностью. Это достигается при особых условиях обработки и охлаждения металла. Например, горячее деформирование с высокими скоростями и большими деформациями с дальнейшим быстрым охлаждением металла ниже температуры рекристаллизации сохраняет наклеп.

Пластичность и вязкость металлов и сплавов зависят от размера зерен. С уменьшением размера зерен вязкость улучшается. Размер зерен, образующихся в результате рекристаллизации, зависит в основном от степени пластической деформации и от температуры, при которой происходила рекристаллизация. Увеличение выдержки при нагреве способствует росту зерен, но эффект значительно меньше, чем при повышении температуры нагрева. Зависимость размера зерен от степени деформации и температуры обычно демонстрируют при помощи диаграмм рекристаллизации (рис. 4.15).

Для конструкционных материалов общего назначения анизотропия свойств нежелательна. Рекристаллизованные сплавы, как правило, однородны по свойствам и анизотропии не обнаруживают. Однако при известных условиях в рекристаллизованном металле появляется предпочтительная ориентация зерен, которую называют текстурой рекристаллизации. Ее вид зависит от химического состава сплава, характера деформирования, природы и количества примесей, технологических факторов. Образование текстуры рекристаллизации

Рис. 4.15. Зависимость размера зерна D рекристаллизованного металла от деформации (а) и диаграмма рекристаллизации технически чистого железа (б); D — размер исходного зерна

имеет практическое значение для сплавов с особыми физическими свойствами, когда требуется улучшить то или иное свойство в определенном направлении изделия. Например, в листах трансформаторной стали образование текстуры дает возможность уменьшить потери на перемагничивание по определенным направлениям листа.

Рекристаллизация многофазных сплавов представляет более сложный процесс, в котором на зарождении и росте новых рекристаллизованных зерен сказываются различия свойств каждой фазы, характер структуры и объемные соотношения между фазами. Особое значение имеют размер частиц второй фазы и среднее расстояние между частицами. Чем ближе друг к другу расположены частицы второй фазы, тем труднее перемещаться границе нового зерна и тем сильнее тормозится рекристаллизация. Это проявляется в повышении температуры рекристаллизации и увеличении времени для завершения первичной рекристаллизации многофазного сплава по сравнению с однофазным сплавом — твердым раствором аналогичного химического состава. Близость частиц второй фазы обеспечивается при достаточно высоком их содержании в сплаве. Когда частиц мало и они далеко друг от друга, их роль в рекристаллизации незначительна. Мелкие частицы размерами приблизительно 0,1 мкм и меньше тормозят рекристаллизацию (рис. 4.16). Более крупные частицы размерами свыше мкм тормозят рекристаллизацию, когда располагаются близко друг к другу, и ускоряют ее, когда расстояние между ними увеличено (см. рис. 4.16). В последнем случае сказывается влияние межфазной границы, на которой преимущественно зарождаются новые зерна.

Тормозящее влияние дисперсных частиц второй фазы на рекристаллизацию успешно используется в промышленных сплавах для увеличения предельных рабочих температур.

Рис. 4.16. Зависимость температуры рекристаллизации двухфазного сплава от размера частиц второй фазы и расстояния между ними: I — I — температура рекристаллизации однофазного сплава без частиц второй фазы; 1 — торможение рекристаллизации; 2 — ускорение рекристаллизации

Сверхпластичное состояние металла проявляется при горячем деформировании материалов с ультрамелким зерном (0,5-10 мкм). При низких скоростях деформирования металл течет равномерно, не упрочняясь, относительные удлинения достигают 102 — 103%.

Огромные деформации в сверхпластичном состоянии складываются из зернограничного скольжения, дополненного направленным (под действием напряжений) диффузионным переносом атомов и обычным скольжением внутри зерен. Для того чтобы реализовать сверхпластичное состояние, требуется не только получить ультрамелкие зерна, но и сохранить эту структуру в течение всего периода деформирования при температуре выше (порядка десятков минут). В однофазных сплавах зерна твердого раствора успевают вырасти за это время так, что сверхпластичность теряется. Промышленные сверхпластичные сплавы имеют двухфазную структуру (лучшее сочетание объемов

обеих фаз при этом максимальна поверхность межфазных границ) и поэтому сохраняют исходную мелкозернистость в течение всего срока изготовления изделий. К числу таких сплавов принадлежат различные эвтектические и эвтектоидные смеси, двухфазные сплавы титана и т. п.

Сверхпластичное состояние используют на практике для производства изделий весьма сложной формы при помощи пневматического формования листов или объемного прессования. Несмотря на медленность самого процесса формования и сравнительно высокие рабочие температуры, процесс выгоден, а в ряде случаев является единственным способом получения изделий, когда металл нужно без разрушения деформировать на 200-300% и выше.

Возврат и рекристаллизация

Возврат и рекристаллизация в α-фазе происходят в широком интервале температур отпуска. Развитие этих процессов сдерживается частицами карбидных выделений, закрепляющих отдельные дислокации, дислокационные стенки и высокоугловые границы. Закрепление слабее выражено в малоуглеродистых сталях, где соответствующие процессы изучены подробнее.

Нижнюю температурную границу возврата при отпуске трудно указать. Изменения дислокационной структуры α-фазы, отчетливо различимые при электронно-микроскопическом анализе, начинаются с температур около 400 °С.

Протяженность малоугловых границ в реечном мартенсите при температурах отпуска выше 400 °С в доли секунды резко падает. Одним из механизмов этого может быть «рассыпание» дислокационных стенок, о котором упоминалось при рассмотрении коалесценции субзерен во время отжига холоднодеформированного металла (смотрите Изменение структуры при дорекристаллизационном отжиге).

В первые моменты отпуска карбидные выделения еще малочисленны и поэтому не являются эффективными стопорами для малоугловых границ и отдельных дислокаций. Затем выделение большого числа карбидных частиц стабилизирует структуру матрицы. Вытянутость реек α-фазы в малоуглеродистых сталях сохраняется до высоких температур отпуска.

На отдельных стадиях высокотемпературного отпуска полигонизационная перестройка дислокационной структуры приводит к образованию малоугловых границ. Формирование центров рекристаллизации α-фазы и развитие их в рекристаллизованные зерна, подобно тому, как это происходит при первичной рекристаллизации холоднодеформированного металла, при отпуске сталей не наблюдались, несмотря на высокую плотность дислокаций в мартенсите.

После достаточно длительного отпуска при высоких температурах, когда в результате коагуляции цементитных частиц закрепление границ ослабевает, происходит рост зерен миграцией исходных высокоугловых границ. Микроструктура при этом теряет характерные морфологические признаки реечного мартенсита.

В высокоуглеродистых сталях из-за сильного торможения миграции границ частицами цементита рекристаллизационный рост зерен α-фазы идет еще труднее и «игольчатый» характер структуры сохраняется до температур отпуска около 650 °С.

Из сказанного видно, что при отпуске закаленной углеродистой стали протекают разнообразные процессы, которые по времени и температурному интервалу своего развития накладываются один на другой.

Все указанные выше температурные границы структурных изменений разного типа весьма условны. Они снижаются при увеличении продолжительности отпуска и смещаются вверх или вниз с изменением содержания углерода в стали.

Традиционно принято выделять три температурных интервала и соответствующие им три «превращения» при отпуске углеродистых сталей. Это подразделение, основанием для которого в свое время послужил анализ объемных изменений при отпуске, весьма условно, но как первое приближение его можно принять.

Первое «превращение» при отпуске относят к интервалу температур 100 — 200 °С. При этих температурах закаленный образец укорачивается. Так как из всех структурных составляющих стали наибольший удельный объем у мартенсита, то первое «превращение» связывают с его распадом.

Второе «превращение» при отпуске относят к интервалу температур 200 — 300 °С. При выдержке в этом интервале длина закаленных образцов средне- и высокоуглеродистых сталей увеличивается и тем больше, чем выше содержание углерода в стали.

Так как удельный объем аустенита наименьший и количество остаточного аустенита растет с увеличением содержания углерода в стали, то второе «превращение» связывают с его распадом. При этом, конечно, следует иметь в виду, что в температурном интервале второго «превращения» продолжается распад мартенсита.

Третье «превращение» при отпуске относят к интервалу температур 300 — 400 °С. В этом интервале температур сокращается длина образцов. Расчеты указывают на связь соответствующего объемного эффекта с заменой промежуточного карбида цементитом.

Структуру, получающуюся после отпуска стали при температурах ниже 300 °С, называют отпущенным мартенситом. Под микроскопом он отличается от мартенсита закалки большей травимостью из-за выделений карбидов. После отпуска при температурах 300 — 450 °С обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска.

В интервале температур 450 — 650 °С получается сорбит отпуска. Его двухфазное строение отчетливо выявляется при больших увеличениях светового микроскопа. Высокие температуры отпуска приводят к потере игольчатого вида сорбита, который приобретает явно точечное строение.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Легирующие элементы, затрудняющие распад мартенсита и коагуляцию карбидов (смотрите Структурные изменения при отпуске сталей), смещают температурную границу начала интенсивного разупрочнения при отпуске с 200 — 300 до 450 — 550 °С. Повышение красностойкости закаленной стали, т. е. способности ее сопротивляться смягчению при нагревании, — одна из основных целей легирования в производстве инструмента. Для конструкционных легированных…

Отпускная хрупкость присуща многим сталям. Сталь в состоянии отпускной хрупкости характеризуется низкой ударной вязкостью. На других механических свойствах при комнатной температуре состояние отпускной хрупкости практически не сказывается. На рисунке схематично показано влияние температуры отпуска на ударную вязкость легированной стали, в сильной степени склонной к отпускной хрупкости. Во многих легированных сталях наблюдаются два температурных интервала отпускной…

Характер зависимости механических свойств мартенситно-стареющих сталей от температуры отпуска такой же, как у всех дисперсионно-твердеющих сплавов: рост прочностных свойств, достижение максимума упрочнения и затем разупрочнение. По аналогии со старением можно выделить стадии упрочняющего и разупрочняющего отпуска. Упрочнение вызвано образованием сегрегаций на дислокациях и, главное, частично когерентных выделений промежуточных фаз типа Ni3Ti и Ni3Mo. Разупрочнение связано,…

Диффузионная подвижность атомов легирующих элементов, растворенных в α-железе по способу замещения, на много порядков ниже, чем диффузионная подвижность атомов углерода, который растворен в железе по способу внедрения. При температурах отпуска ниже примерно 450 °С в матрице не происходит диффузионного перераспределения легирующих элементов: из α-раствора выделяются карбиды железа, в которых концентрация легирующих элементов такая же, как…

Мартенситностареющие стали — это безуглеродистые сплавы на базе системы Fe — Ni, легированные дополнительно кобальтом, молибденом, титаном и другими элементами. Типичный пример — сплав железа с 17 — 19% Ni, 7 — 9% Со, 4,5 — 5% Мо и 0,6 — 0,9% Ti (Н18К9М5Т). Сплавы этого типа после воздушной закалки на мартенсит подвергают отпуску при…

Возврат и рекристаллизация деформированного металла при нагреве

При большой степени деформации металлических материалов в их структуре происходит преимущественная (закономерная) ориентировка кристаллографических плоскостей и напряжений в зернах. Она называется текстурой деформации. Чем выше степень изменения, тем большая часть зерен получает текстуру. Ее характер зависит от природы металла и вида деформации (прокатка, штамповка и др.).

С увеличением уровня холодной деформации (ниже 0,15 — 0,20 Т_пл) параметры, характеризующие сопротивление ей (пределы прочности и текучести и др.) повышаются, а способность – пластичность уменьшается. Это явление получило название наклепа.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллической решетки. Повышение плотности искажений затрудняют движение отдельных дислокаций, а следовательно, повышают сопротивление деформации и уменьшают пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Металлы с гранецентрированной кубической решеткой упрочняются сильнее, чем с объемноцентрированной. В результате холодной деформации уменьшается плотность, сопротивление коррозии и повышается электросопротивление. Холодная деформация ферромагнитных металлов повышает коэрцитивную силу и уменьшает магнитную проницаемость.

Около 10 – 15 % всей энергии, затрачиваемой на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем в виде повышенной потенциальной энергии смещенных атомов и напряжений. Об этом свидетельствует увеличение количества дефектов кристаллической решетки и рост остаточных напряжений в процессе приложения нагрузки. Поэтому деформированный металл находится в неравновесном, термодинамически неустойчивом наклепанном состоянии. Переход к более равновесному положению связан с уменьшением несовершенств решетки, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов. При низких (комнатных) температурах подвижность атомов мала и состояние наклепа может сохраняться достаточно долго. С повышением ее значений (ниже 0,2 — 0,3 Т_пл) диффузия атомов увеличивается и в металле начинают развиваться процессы, приводящие к более равновесному состоянию. Такое явление называется возвратом. Оно заключается в повышении структурного совершенства наклепанного металла в результате уменьшения плотности дефектов структуры. Но заметных изменений строения в данном случае еще не наблюдается.

В процессе возврата различают две стадии. Первая фаза называется отдыхом и наблюдается при невысоком нагреве (ниже 0,2 Т_пл). При нем происходит снижение количества вакансий, уменьшение плотности дислокаций и частичное снятие напряжений. Вторая ступень – полигонизация, деление зерен на части — полигоны (субзерна) размером 10 -6 — 10 -4 см. Она осуществляется в результате скольжения и переползания дислокаций, вследствие чего искажения одного знака образуют стенки, разделяющие зерна на полигоны (многоугольники), свободные от дислокаций (рис. 1.66). Полигонизация реализуется при нагреве до температур 0,25 — 0,30 Т _пл.

При возврате заметных изменений в микроструктуре не наблюдается, металл сохраняет волокнистое строение, но твердость и прочность его несколько понижается, а пластичность возрастает (рис. 1.67, 1).

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов повышается и происходит процесс рекристаллизации. Это образование и рост новых зерен. Данный процесс протекает в две стадии: первичную и собирательную (рис. 1.67, 2 – 4).

Рис. 1.67 — Изменение механических свойств металлов при возврате и рекристаллизации

Первичная рекристаллизация заключается в формировании зародышей с неискаженной кристаллической решеткой и их взрослении (рис. 1.67, 2 и 3). Количество зерен постепенно увеличивается и, в конечном итоге, в структуре не остается старых деформированных. Движущей силой данного процесса является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Находящийся в неустойчивом состоянии деформированный металл стремится перейти в более устойчивое положение с наименьшим запасом свободной энергии. Ему соответствует процесс создания все новых зерен с неискаженной решеткой.

Собирательная рекристаллизация – рост образовавшихся на первой стадии структурных единиц. Сильный рост глобул при нагреве выше точки перегрева (Т_п) может вызвать снижение как прочности, так и пластичности (рис. 1.67, 4) металла. Движущей силой ее является поверхностная энергия зерен. Увеличение их числа объясняется тем, что при наличии большой концентрации мелких составляющих их суммарная поверхность очень велика, и поэтому металл обладает большим запасом поверхностной энергии. В процессе укрупнения зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние. Особенность данного вида рекристаллизации заключается в том, что рост зерен осуществляется не в результате слияния нескольких мелких частиц в одну более крупную, а они увеличиваются за счет других, поглощая их вследствие трансформации атомов через границы раздела. Зерно на одном участке может вытягиваться за счет соседа, а на другом поглощаться другим, находящимся рядом с ним. Такая рекристаллизация может совершаться и до полного ее завершения.

Процесс зависит от температуры плавления и начинается при определенном ее значении, называемым порогом рекристаллизации (Т_рек) Т_рек = аТ_пл. Для технически чистых металлов коэффициент а равен 0,4. Металлы высокой чистоты имеют а, лежащие в диапазоне 0,1 — 0,2; а твердые растворы – а, находящиеся в интервале 0,5 — 0,8. Температура рекристаллизации понижается с увеличением степени предварительной пластической деформации, на нее также влияет размер зерна кристалла до деформации.

С началом процесса происходит существенное изменение свойств металла – противоположное модификации их при наклепе. При этом понижаются прочность, твердость и электросопротивление, но зато увеличиваются пластичность, вязкость, теплопроводность и другие свойства, уменьшающиеся при наклепе.

Основными факторами, определяющими величину зерен при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной пластической деформации. Чем выше температура нагрева, тем больше размер зерна. Такой же характер имеет зависимость величины семян от времени процесса.

Наиболее крупные зерна формируются после незначительной предварительной деформации, составляющей около 3 – 15 %. Ее называют критической. Практически температура рекристаллизационного отжига малоуглеродистых сталей обычно лежит в интервалах 600 – 700 °С, латуней и бронз – 500 – 700 °С, алюминиевых и титановых сплавов – 350 – 450 и 550 – 750 °С соответственно.

Дата добавления: 2015-09-21 ; просмотров: 1450 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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.

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 – 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.

Рисунок 1 — 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 (рисунок 2). 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 (рисунок 3, позиция а). Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

Рисунок 2 — Влияние нагрева деформированного металла на механические свойства

Рисунок 3 — Изменение структуры деформированного металла при нагреве

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

Рисунок 4 — 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 дпя малоуглеродистых сталей при температуре 600…700 o С, для латуней и бронз – 560…700 o С, для алюминевых сплавов – 350…450 o С, для титановых сплавов – 550…750 o С.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Возврат» в других словарях:

ВОЗВРАТ — ВОЗВРАТ, возврата, мн. нет, муж. (книжн.). То же, что возвращение. Дело о возврате имущества. Возврат болезни. Срочный возврат. (спец.). Получено в возврат израсходованного. ❖ Возврат солнца (астр.) поворот, вступление солнца в знак Рака и… … Толковый словарь Ушакова

возврат — с удалением Перемещение курсора или печатающей головки на один символ назад. Управляющий символ или клавиша, вызывающие возврат курсора на экране назад на один символ, обычно с удалением предыдущего символа. Примеры сочетаний: backspace a file… … Справочник технического переводчика

возврат — возвращение, восстановление; реверс, отдача; рецидив, возобновление, реверсия, самовозврат, реверсирование, анаплазия, откат, сдача. Ant. уход; убыток Словарь русских синонимов. возврат 1. см. возвращение. 2. см … Словарь синонимов

Возврат — в системах, основанных на знаниях переход при выводе на несколько шагов назад: для анализа или трассировки хода рассуждения; или в целях поиска альтернативного пути. См. также: Механизмы вывода Финансовый словарь Финам. Возврат Движение цен в… … Финансовый словарь

ВОЗВРАТ — металлов частичное восстановление структурного совершенства и свойств (в частности, пластичности) деформированных металлов и сплавов при их нагреве ниже температуры рекристаллизации. Различают 2 стадии возврата отдых и полигонизацию … Большой Энциклопедический словарь

ВОЗВРАТ — 1) возвращение кредита, долга, полученных на время в прокат вещей; 2) возвращение ошибочно, незаконно взысканных денежных средств, налогов пострадавшим лицам. Райзберг Б.А., Лозовский Л.Ш., Стародубцева Е.Б.. Современный экономический словарь. 2… … Экономический словарь

возврат — ВОЗВРАТИТЬ, ащу, атишь; ащённый ( ён, ена); сов., кого что. То же, что вернуть. В. долг. В. утраченное. В. к жизни кого что н. (вернуть жизнь). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

возврат — банком чека ремитенту (remittee), поскольку на счете меньше средств, чем сумма, на которую выписан чек. В области операций с ценными бумагами: отказ от сделки и последующее предъявление претензий (reclamation) из за нарушений правил поставки… … Финансово-инвестиционный толковый словарь

возврат — ВОЗВРАТ, арх. – Возвращение. – По возврату в Тоболеск отдохнете и воеводами по разным острогам разлетитесь (2. 437). Сл.РЯ XI XVII 2. 275: возвратъ (1697 г.) … Словарь трилогии «Государева вотчина»

ВОЗВРАТ — 1) возвращение кредита (в т.ч. товарного), долга, полученных на время в прокат вещей; 2) возвращение ошибочно, незаконно взысканных денежных средств, налогов пострадавшим лицам … Юридическая энциклопедия

Возврат — [recovery] 1. Совокупность любых самопроизвольных процессов изменения плотности и распределения дефектов в деформированных кристаллах, происходящих до начала рекристаллизации. При возврате уменьшается концентрация вакансий, если в результате… … Энциклопедический словарь по металлургии