Рекристаллизационный отжиг

Пластическая деформация переводит металл в термодинамически неустойчивое состояние. Переход металла в стабильное состояние происходит при нагреве. Процессы, происходящие при нагреве деформированного металла подразделяют на две стадии – возврат и рекристаллизацию.

Возврат происходит при относительно низких температурах, рекристаллизация – при более высоких. Под возвратом понимают внутризеренные изменения структуры. При этом форма деформированного зерна не изменяется, а в пределах зерна уменьшается плотность дефектов. Это приводит к уменьшению искаженности кристаллической решетки. Прочность и твердость уменьшаются на 15-20% от первоначальных, частично восстанавливается электросопротивление и плотность металлов.

Рекристаллизацией называют процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен. Зарождение новых зерен происходит в участках с наибольшими искажениями (границы зерен и места их стыков). Рост новых зерен продолжается до полного исчезновения деформированной структуры (рис. 3).

Рис. 3. Схема изменения микроструктуры наклепанного

металла при нагреве: а) наклепанный металл; б) начало

первичной рекристаллизации; в) завершение первичной

рекристаллизации; д) стадия собирательной рекристаллизации

На этом заканчивается первичная рекристаллизация (рекристаллизация обработки). При повышении температуры происходит рост образовавшихся зерен. Эта стадия называется собирательной рекристаллизацией.

Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп, металл приобретает равновесную мелкозернистую структуру, свойства металла близки к свойствам металла по деформации.

Температура рекристаллизации зависит от степени деформации (чем выше степень деформации, тем ниже температура рекристаллизации) и от времени отжига (чем продолжительнее отжиг, тем ниже температура рекристаллизации). Поэтому на практике для сравнения температуры рекристаллизации различных материалов принято понятие порога рекристаллизации (t_п.р.). Это наименьшая температура рекристаллизации сильно деформированного металла ( = 80%) в течение 2-3 часов.

Температурный порог рекристаллизации зависит от температуры плавления и определяется следующей формулой:

Т_п.р. =   Т_п.л.,

где Т_п.л. – температура плавления металла, ^оК;

 - коэффициент.

Для технически чистых металлов  = 0,4; для сплавов  = 0,5 – 0,6.

Для технически чистых металлов температура порога рекристаллизации соответствует:

Отжиг при температуре, превышающей температуру рекристаллизации на 100-200 ^оС, называется рекристаллизационным отжигом:

t_р.о. = t_п.р. + 100 …200 ^оС.

Рекристаллизационный отжиг на практике применяют для придания металлу наибольшей пластичности перед холодной обработкой давлением, для снятия наклепа и восстановления пластичности между операциями холодного деформирования (прокатка, волочение) и как окончательную термическую обработку для придания металлу необходимых свойств после пластической деформации (при производстве тонколистовых магнитомягких материалов).

Пластическую деформацию разделяют на холодную и горячую. Холодная деформация – это деформация, которая происходит при температуре ниже температуры рекристаллизации (t_п.р.). Такая деформация приводит к наклепу металла или сплава. Обработку давлением при температурах ниже температуры рекристаллизации (t_п.р.) называют холодной обработкой давлением.

Горячая пластическая деформация – это деформация, которая осуществляется при температурах выше температуры рекристаллизации (t_п.р.). Такая деформация сопровождается рекристаллизацией, в процессе которой наклеп устраняется. Обработка давлением выше температуры рекристаллизации называется горячей обработкой давлением. При горячей обработке давлением (прокатке, прессовании, ковке, штамповке и др.) упрочнение в результате наклепа частично снимается рекристаллизацией.