Динамическая рекристаллизация в никеле
Динамическая рекристаллизация в никеле (вакуумного переплава) и сплавах никеля с железом (5,10 и 20% Fe) во время высокотемпературной деформации изучалась Латоком и Селларсом. Образцы для испытания на кручение имели размер зерна — 0,2 мм, скорость деформации менялась в пределах 0,27—524 об/мин (2,08 -10в-3 -3,96 с-1) при температурах 780, 985, 1110 и 1280° С (0,6-0,9 Тпл) в атмосфере аргона. После испытания образцы резко охлаждали, причем время между окончанием деформации и закалкой не превышало 5 с.
Типичные кривые напряжение — деформация, снятые при различных скорости и температуре деформации, приведены на рис. 199. Вид этих кривых отвечает ранее описанным; характерным является:
а) «пиковое» значение напряжения течения при малых деформациях;
б) установившееся напряжение течения при достаточно больших деформациях и умеренных скоростях;
в) при больших скоростях деформации (сопровождающихся разогревом металла) постепенное уменьшение напряжения течения с увеличением деформации;
г) при малых скоростях деформации регулярные колебания напряжения течения на ранних стадиях деформации (сразу после «пика»).
Отмечено одинаковое влияние состава на изменение «пикового» и установившегося напряжения течения при всех исследованных скоростях деформации; на рис. 200 приведены данные для одной (7,7*10в-2 с-1) скорости деформации.
В тех случаях, когда разрушение наступает при достижении установившейся стадии горячей деформации, микроструктурный анализ обнаруживает наличие равноосных динамически рекристаллизованных зерен. Если разрушение происходит до того, как была достигнута установившаяся стадия, то такие равноосные зерна наблюдаются только около поверхности образца (в области действий максимальных касательных напряжений), а в сердцевине сохраняются исходные зерна с искривленными границами.
При данной скорости деформации размер динамически рекристаллизованного зерна увеличивается с температурой, а при постоянной температуре — с уменьшением скорости деформации; фактором, определяющим размер зерна, является напряжение течения.
В динамически рекристаллизованных зернах наблюдается дислокационная субструктура.
Ряд образцов никелевых сплавов с 10 и 20% Fe испытывали при 035° С и малых скоростях деформации, причем, не достигая «пикового» значения напряжения течения, образцы выдерживали различное время и затем резко охлаждали. He только в случае непосредственной закалки, но и через 5 мин после окончания деформации в структуре не наблюдали рекристаллизованных зерен. Только при последеформационной выдержки в течение 15 мин в структуре обнаруживали признаки статической рекристаллизации и некоторое снижение твердости. Если в динамически рекристаллизованных зернах наблюдалась достаточно развитая дислокационная субструктура, то после статической рекристаллизации такой субструктуры не наблюдается.
Образование «зародышей» при динамической рекристаллизаций связано с наличием субструктуры, образующейся при горячей деформации. Даже в тех случаях, когда «зародышами» динамической рекристаллизации являются «выпученные» участки большеугловых границ, закрепление такого выгибающегося участка по его краям осуществляется выходящими в эти места субграницами. Число потенциальных мест образования зародышей в единице объема пропорционально 3/dt2, где d — поперечник исходного зерна, t — поперечник субзерна. Тогда поперечник зерна dp после динамической рекристаллизации можно определить по формуле 1/d3p = 3P/d2, где Р — вероятность активации потенциальных мест выгибания участков большеугловых границ, т. е. мест зародышеобразования.
Так как из эксперимента следует, что размер динамически рекристаллизованного зерна dp является функцией только напряжения течения а, то может быть записано соотношение о = o0+Kdp-m, где o0, К, m — константы.
Условность этого уравнения, использовать которое для расчетов можно с осторожностью, следует из того, что хорошая корреляция с экспериментально определенными данными о размере зерен (субзерен) d получается при m = 3/4 и o0 = 0, а также при m = 1/2 или 1, но тогда o0=/=0.
Уравнение можно, по-видимому, использовать также и для определения размера субзерен, возникающих в результате динамической полигонизации (динамического возврата), но тогда m = 1-1,5, а o0=0. Различие значения показателя m для динамической рекристаллизации и динамической полигонизации свидетельствует, что вероятность активации P увеличивается с напряжением. Константа К для изученной серии сплавов увеличивается с ростом содержания в них железа, если по уравнению определяют размер субзерен, и уменьшается, если определяется размер зерен в результате динамической рекристаллизации. В последнем случае это означает, что при увеличении концентрации растворенной примеси увеличивается количество активированных участков при горячей деформации. Эта тенденция аналогична влиянию примеси на размер рекристаллизованных зерен после холодной деформации и нагрева.
Динамически рекристаллизованные зерна в изученных сплавах появлялись преимущественно в объемах, где действуют наибольшие напряжения течения (при кручении на поверхности образцов), и также преимущественно на границах исходных зерен. Если в уже рекристаллизованных участках вновь происходит деформация под влиянием приложенных напряжений, то этот участок претерпевает деформационное упрочнение, и в нем может происходить динамическая рекристаллизация. Тогда вид кривой деформация — напряжение при больших обжатиях в условиях горячей обработки будет определяться соотношением скоростей протекания процессов деформационного упрочнения и динамической рекристаллизации.
При деформации с постоянной скоростью после достижения определенной критической деформации ec начнется динамическая рекристаллизация, которая за время tx распространится на какой-то объем x. При этом за указанное время tx будет продолжаться деформирование металла, так как напряжение продолжает действовать, и произведенная деформация ex должна вызвать упрочнение (соответственно стимул к следующему циклу рекристаллизации).
Форма кривой деформация—напряжение будет определяться соотношением ec и ex (рис. 201). Если рекристаллизация за один цикл (tx) почти завершается, а следующий цикл рекристаллизации еще не начался, т. е. еx меньше еc, то получается кривая, приведенная на рис. 201, а. Если же последующий цикл рекристаллизации начинается до окончания предыдущего цикла, т. е. ex больше Ес, то вид кривой изменяется (рис. 201,6). Последний случай характерен тем, что мелкие зерна непрерывно насыщаются дислокациями, происходит непрерывное наложение процессов аннигиляции дислокаций и их введения в металл на следующем цикле деформации.
Так как при высокотемпературной деформации наблюдаются аннигиляция старых дислокаций, введение и перераспределение новых, что в конечном счете приводит к образованию субструктуры, в результате происходит непрерывное приближение к какой-то равновесном плотности дислокаций. Об этом свидетельствует постоянство значений напряжения течения (горизонтальная линия) или их малое изменение (плавный наклон к оси абсцисс) при все увеличивающейся деформации. Тогда наблюдаемое явление относится к своеобразной, непрерывной из-за наложения циклов, динамической рекристаллизации, приближающейся к динамической полигонизации.
При ex=ec должна получаться переходная форма кривой. Из рис. 201 видно, что деформация еp, при которой достигается максимальное напряжение течения, близка к ec, а разность между и деформацией еs, соответствующей среднему напряжению в конце первого цикла или началу установившейся стадии, близка к еx. Зависимость этих величин от напряжения для никеля приведена на рис. 202. Условия горячей деформации никеля см. на рис. 199, а. Из рисунка видно изменение характера кривых от циклического (типичного для динамической рекристаллизации) к непрерывному, когда происходит своеобразная динамическая рекристаллизация, связанная с сохранением повышенной плотности дислокаций, формирующих субструктуру, что приближает этот процесс к динамической полигонизации. В последнем случае прямая идет под некоторым углом к оси абсцисс (см. кривые деформации никеля с большей скоростью на рис. 199, а). Такое изменение (переход) рекристаллизации от циклической к непрерывной происходит при увеличении напряжения (рис. 202), что согласуется с экспериментом.
