Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Холодная пластическая деформация и рекристаллизация

14.11.2018

Одним из способов управления уровнем прочности и структурой сплавов является холодное пластическое деформирование. В металле (сплаве) этот процесс осуществляется посредством сдвига одних частей кристалла относительно других. Основным способом реализации сдвига в металлах и сплавах при пластической деформации является скольжение, которое происходит путем передвижения дислокаций. Такой механизм называется сдвигово-дислокационным: под действием касательных напряжений происходит сдвиг одной части кристалла относительно другой по кристаллографическим плоскостям, наиболее плотно упакованным атомами.

В монокристалле при пластическом деформировании, когда плоскость скольжения параллельна направлению касательного напряжения, упрочнения не происходит: дислокации перемещаются на большие расстояния, обеспечивая деформацию без значительного увеличения напряжений. Эту начальную стадию пластического деформирования называют стадией легкого скольжения (I на рис. 11.1).

С увеличением степени деформации скольжение распространяется на другие кристаллические плоскости и возникает множественное скольжение. На стадии II (см. рис. 11.1) дислокации перемещаются в пересекающихся плоскостях, образуя сложную дислокационную структуру. На этой стадии плотность дислокаций возрастает по сравнению с исходным состоянием, достигая значений 1011...1012 см2. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями сопротивление движению значительно возрастает, поэтому для их продвижения требуется значительное увеличение прикладываемых сил.

Стадия III наступает в том случае, когда происходит так называемый динамический возврат, который приводит к уменьшению деформационного упрочнения.

При деформировании поликристаллических металлов стадия легкого скольжения отсутствует. Границы зерен являются препятствием для движения дислокаций. Поэтому для продолжения скольжения требуется повысить нагрузку. С ростом степени деформации е зерна постепенно вытягиваются в направлении пластического течения (рис. 11.2, а—в), а внутри зерен повышается плотность дислокаций. При значительной холодной пластической деформации образуется структура с ориентированными зернами в направлении течения металла (рис. 11.2, г). Одновременно с изменением формы зерен повышается уровень упругих напряжений на границах зерен, сами границы претерпевают значительную деформацию. Все это приводит к повышению прочности (ов, о0,2) и снижению пластичности b (рис. 11.3, а). Увеличение степени несовершенства структуры вызывает изменение и физических свойств металла: повышаются электросопротивление р и коэрцитивная сила Hc, снижается магнитная проницаемость u. Происходит изменение и в химических свойствах — снижается коррозионная стойкость (с.к) (рис. 11.3, б).

Формирование вытянутых зерен в металле, т. е. ориентированной структуры, приводит к анизотропии механических свойств.

Анизотропия механических свойств — различие в уровне свойств в продольном и поперечном направлениях изделий (заготовок), а также по толщине (в направлении высоты).

Упрочнение материала в результате холодной пластической деформации называется наклепом.

В некоторых сплавах при степени деформации более 50...70 % временное сопротивление при растяжении (в продольном направлении) и твердость увеличиваются в 1,5—2 раза, а предел текучести — в 3—5 раз. Упрочнение сопровождается резким снижением пластичности: относительное удлинение — в 10—20 раз, иногда в 30—40 раз.

Свойства холоднодеформированного металла можно регулировать при последующих нагревах. В зависимости от температуры различают несколько стадий последеформационного нагрева, отличающихся специфическими изменениями структуры и, соответственно, механических свойств:

- возврат — на этой стадии не происходит изменения зеренной структуры и плотности дислокаций, поэтому прочность изменяется незначительно (рис. 11.4);

- рекристаллизация — процесс формирования и роста в деформированном сплаве новых зерен с пониженной плотностью дислокаций, разделенных новыми большеугловыми границами. Стадия, в результате которой все деформированные зерна заменяются на равноосные, называется первичной рекристаллизацией.

Изменение структуры при первичной рекристаллизации приводит к значительному снижению прочности и твердости металла и повышению пластичности (см. рис. 11.4).

Температуру начала рекристаллизации называют температурой рекристаллизации Tp (К) или tp (°C).

Температура рекристаллизации одного и того же сплава может изменяться в зависимости от:

• степени чистоты металла, или суммарного содержания примесей, в исходном состоянии;

• степени предшествующей деформации (процесс деформирования);

• времени отжига (технология последеформационного нагрева).

Значения Tp тем ниже, чем ниже содержание примесей, больше степень деформации, длительнее нагрев. Температуру рекристаллизации Tp, К, определяют по формуле А.А. Бочвара:

Tp = kТпл,


где k — коэффициент, зависящий от чистоты металла и степени легирования.

Для технически чистых металлов и сплавов температура Tр составляет 0,25...0,30Тпл. Для технически чистых металлов и сплавов со степенью деформации 60...70 % Tр составляет 0,3...0,4Тпл, для высоколегированных сплавов со структурой твердых растворов Tр возрастает до 0,5...0,67пл. В практике термообработки температуру рекристаллизации принято измерять в градусах Цельсия и обозначать tр.

Для осуществления рекристаллизации и снятия наклепа проводят специальную термическую обработку, называемую рекристаллизационным отжигом. При такой термообработке, чтобы обеспечить высокую скорость рекристаллизации и полноту ее протекания, холоднодеформированный сплав нагревают до температуры tотж, превышающей температуру рекристаллизации:

tотж = tр + 150...200 °С.


При дальнейшем нагреве протекает стадия собирательной рекристаллизации — стадия последеформационного нагрева, во время которой увеличиваются размеры рекристаллизованных зерен (см. рис. 11.4).

При последеформационном нагреве можно регулировать размер зерна, который является очень важной структурной составляющей, определяющей свойства сплава. Размер зерна d, мкм, зависит от технологических параметров деформирования и последующего рекристаллизационного отжига. При постоянных температуре t и времени т рекристаллизационного отжига на размер зерна влияет степень деформации е на стадии холодного деформирования (рис. 11.5).
Холодная пластическая деформация и рекристаллизация

Общая зависимость состоит в том, что с увеличением степени деформации размер зерна при последующей рекристаллизации уменьшается. Однако существует так называемая критическая степень деформации екр, обычно небольших значений, при которой зерно получается очень больших размеров. Происходит это по следующей причине. При малых степенях деформации плотность дислокаций повышается (происходит наклеп) только в отдельных зернах. При нагреве рекристаллизоваться могут только эти немногочисленные зерна, которые во время своего роста и поглощают остальные, что приводит к большим размерам зерен после рекристаллизации.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: