лекции по материаловедению -2006

3.3 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.

Характерной особенностью кристаллической структуры холоднодеформированного металла является большое количество дефектов, что приводит состояние системы в термодинамически неравновесное, так как наблюдается повышение термодинамического потенциала (свободной энергии). В наклепанном металле при определенных условиях самопроизвольно идут процессы, которые приводят термодинамическое состояние к равновесию. Эти процессы связаны в основном с подвижностью атомов и при относительно низких температурах неравновесное состояние достаточно устойчиво, так как понижение свободной энергии возможно лишь за счет перемещения точечных дефектов (вакансий, межузельных атомов). При нагреве наклепанного металла наблюдаются следующие процессы: возврат 1 рода (отдых); возврат 2 рода (полигонизация), рекристаллизация.

При отдыхе уменьшается количество точечных дефектов: межузельные атомы и вакансии частично аннигилируют, вакансии устраняются путем исхода к стокам. Несколько уменьшается и количество дислокаций, так как те из них, что имеют разные знаки и недалеко друг от друга расположены, также аннигилируют. На характер микроструктуры эти процессы практически не влияют: незначительно изменяются механические свойства, чуть заметнее физические.

Рисунок 3.5 – Схема образования дислокационных стенок

ри более высоких температурах (T>0.2 - 0.3T_пл) происходит упорядочение дислокационной структуры. Беспорядочно расположенные дислокации перераспределяются и размещаются преимущественно одна над другой. Это снижает уровень термодинамического потенциала системы. Появляются дислокационные стенки, которые разделяют кристалл на полигональные блоки, поэтому процесс называется полигонизацией. Соседние блоки разориентированы на угол 5-6°, дислокационные стенки фактически являются малоугловыми границами (рис.3.5).

Если температура превышает 0.4 - 0.5T_пл, то имеет место наиболее активный процесс возврата первичной структуры и свойств - рекристаллизация. При этом происходит зарождение и рост новых недеформированных зерен той же фазы с меньшим количеством дефектов кристаллической решетки. Создается структура из достаточно мелких равноосных кристаллов. Это - первичная рекристаллизация или рекристаллизация обработки. Новые зерна образуются на границах деформированных и отличаются от них гораздо меньшим числом дислокаций и более низк

Рисунок 3.6 – Изменение структуры и свойств при нагреве наклепанного металла

им значением термодинамического потенциала. Поэтому первичная рекристаллизация – термодинамически выгодный процесс. В результате этого процесса наклеп полностью снимается и свойства приближаются к первоначальным (рис. 3.6).

Рисунок 3.7 – Влияние степени деформации на размер рекристаллизованного зерна

алее может проходить собирательная рекристаллизация, при которой происходит рост более крупных зерен за счет более мелких. Такой процесс является самопроизвольным, так как обусловлен снижением термодинамического потенциала системы из-за уменьшения поверхности межзеренных границ. Оразмер зерен, образовавшихся при рекристаллизации заметно влияет на свойства металла. Образование крупных зерен снижает и прочность и пластичность и вязкость. Величина рекристаллизованного зерна зависит не только от температуры нагрева и длительности выдержки, но и от степени пластической деформации (рис. 3.7). Наибольший рост зерна происходит после определенной деформации с небольшой степенью (5 - 8% для Fe), которая называетсякритической степенью деформации. В этом случае вследствие анизотропии кристаллов некоторые из них оказываются пластично деформированными, а некоторые - нет. Эти последние достаточно большие зерна и увеличиваются дальше за счет деформированных соседей. Следствием является образование структуры с аномально большими зернами с низкой вязкостью.

Тема № 4: Кристаллизация

Содержание