Наклеп і рекристалізація - студопедія
Як випливає з діаграм розтягування, при деформації сталей при кімнатній температурі межа плинності збільшується зі зростанням деформації, тобто матеріал в цих умовах зміцнюється.
Зміцнення - зміна структури і властивостей металевого матеріалу, викликане пластичною деформацією.
Найбільшу опірність пластичного деформації повинен надавати метал з дуже малою щільністю дислокацій r. У міру збільшення щільності дислокацій r опір пластичного деформації зменшується (рис. 3.8).
Мал. 3.8. Залежність опору деформації від щільності дислокацій
Це відбувається до досягнення деякого критичного значення щільності дислокацій Rкр. коли починається взаємодія силових полів, що оточують дислокації, що і викликає збільшення опору пластичного деформації.
Отже, збільшення опору пластичного деформації можна отримати двома шляхами: наклепом металу, т. Е. Прямим підвищенням щільності дислокацій або доведенням щільності дислокацій до дуже малого значення.
Наклепом називається зміцнення металу при холодній пластичній деформації. В результаті наклепу міцність (# 963; В. # 963; 0,2. твердість і ін.) підвищується, а пластичність і ударна в'язкість (# 948 ;, # 968 ;, КСU) зменшуються. Зміцнення виникає внаслідок збільшення числа дефектів кристалічної структури, які ускладнюють рух дислокацій, а отже, підвищують опір деформації і зменшують пластичність.
Наклеп є одним з найважливіших способів зміни властивостей, особливо для сплавів, не зміцнює термічною обробкою, та для металів, що володіють пластичністю. Методи зміцнюючого впливу можна розділити на поверхневі (обкатка роликами, дробеструйная обробка) і наскрізні (прокатка листів, волочіння дроту). Обробка металів різанням також призводить до наклепу і зміни структури в тонкому поверхневому шарі, що необхідно враховувати при подальшій експлуатації виробів.
Таким чином, пластичні деформації викликають підвищення щільності дислокацій, спотворення кристалічної решітки і призводять до збільшення напруги, при якому можливі подальші деформації.
Другий спосіб - створення металів і сплавів з бездефектной структурою - є більш прогресивним. В даний час отримують кристали невеликих розмірів (довжиною 2-10 мм і товщиною 0,5-2,0 мкм), так звані «вуса», практично без дислокацій, з міцністю близькою до теоретичної. Такі кристали знайшли своє застосування для армування волокнистих композиційних матеріалів, в мікроелектроніці і т. Д.
Мал. 3.9. Текстура, що виникає при пластичної деформації: а) вихідна структура, б) текстура при розтягуванні, в) текстура при стисненні, г) текстура при зсуві
При деформації округлі зерна замінюються витягнутими в напрямку деформації, утворюється так звана текстура (textura - тканина, зв'язок, будова) - анізотропна полікристалічних або аморфна середовище, що складається з кристалів або молекул з переважною орієнтуванням. Текстури можуть бути осьовими - з кращою орієнтуванням елементів текстури щодо одного особливого напряму, плоскими - з орієнтуванням щодо особливої площині і повними - при наявності особливої площині і особливого в ній напрямки (рис. 3.9). Текстура створює анізотропію властивостей.
Зміцнений метал має підвищений запас внутрішньої енергії, т. Е. Знаходиться в нерівноважному стані. Для приведення металу в рівноважний стан його необхідно нагріти. При нагріванні наклепаного металу в ньому протікають такі процеси:
· Часткове відновлення структурної досконалості в результаті зменшення точкових дефектів за рахунок збільшення рухливості атомів (надлишкові вакансії і межузельние атоми взаємодіють між собою, а також поглинаються дислокациями при перерозподілі останніх при нагріванні) і зниження внутрішніх напружень (процес повернення);
· Зменшення щільності дислокацій за рахунок анігіляція протилежних за знаком дислокацій і освіту субзерен (полігонів), вільних від лінійних недосконалостей за рахунок вибудовування дислокаційних стінок (процес полігонізації);
· Зародження і зростання нових рівноосних зерен замість орієнтованої волокнистої структури деформованого металу (процес рекристалізації).
Процес рекристалізації починається з утворення зародків нових зерен і закінчується повним заміщенням деформованого зерна дрібними равноосной зернами (первинна рекристалізація), в результаті чого повністю знімається наклеп, створений при пластичній деформації (знижуються міцність і твердість металу і збільшується його пластичність), метал набуває рівноважної структуру з мінімальною кількістю дефектів кристалічної будови (рис. 3.10). Щільність дислокацій після рекристалізації знижується з 10 10 -10 12 до
10 6 -10 8 см -2.
Мал. 3.10. Зміна міцності, пластичності і зернистої будови
в процесі нагрівання деформованого металу
При подальшому підвищенні температури відбувається збільшення розмірів найбільших зерен за рахунок приєднання дрібних. З підвищенням температури число великих зерен поступово зростає, поки всі дрібні зерна не виявляться приєднаними до великих - процес вторинної (збиральної) рекристалізації.
Температуру початку рекристалізації, при якій протікає рекристалізація, відбувається разупрочнение холоднодеформована металу і відновлення його пластичності, називають температурним порогом рекристалізації ТПР.
Ця температура не є постійною фізичною величиною, як, наприклад, температура плавлення. Для даного металу (сплаву) вона залежить від тривалості нагрівання, ступеня попередньої деформації, величини зерна до деформації і т. Д. Температурний поріг рекристалізації знижується з підвищенням ступеня деформації, збільшенням тривалості нагрівання або зменшенням величини зерна до деформації.
Температура початку рекристалізації ТПР для технічно чистих металів становить приблизно 0,4ТПЛ. для чистих металів знижується до (0,1-0,2) ТПЛ. а для сплавів зростає до (0,5-0,6) ТПЛ.