Наклеп и рекристаллизация металлов
Наиболее впечатляющим свойством металлов при пластической деформации является деформационное упрочнение, или способность металлов становиться прочнее при деформации. Из дислокационной теории следует, что для упрочнения металлов необходимо каким-либо образом затруднить движение дислокаций. Существует несколько способов закрепления дислокаций, один из которых является деформационным. Ранее рассмотренное простейшее введение дислокации в кристалл при сдвиге показывает, что пластическая деформация увеличивает количество дислокаций в кристалле. Чем сильнее воздействие на металл, тем больше в нем образуется дислокаций. На начальной стадии деформация происходит за счет скольжения относительно небольшого количества дислокаций. В процессе деформирования они движутся через кристалл и могут закрепляться различными препятствиями. Такие закрепленные дислокации сами затрудняют движение вновь возникших дислокаций, т.е. создается упрочнение самими дислокациями. В этом случае говорят об упрочнении деформацией или просто о наклепеметалла. Пластическая деформация оказывает существенное влияние на механические
свойства металла и его структуру (рис. 6).
Рис. 7. Изменение структуры и свойств деформированного металла
при нагреве
На рис. 6 показано, как под действием приложенной нагрузки зерна, из которых состоят все технические металлы, начинают деформироваться и вытягиваться, сохраняя свой объем. Это структурно неустойчивое состояние. Кроме того, внутри каждого зерна и по его границам сосредотачивается большое количество дислокаций, плотность которых возрастает с 106-107 см-2 для недеформированного металла до 1010-1012 см-2 для деформированного. То есть, кристаллическая решетка зерен становится искаженной, несовершенной. С увеличением степени деформации наклеп увеличивается, а пластичность уменьшается, что приводит при большой степени деформации к возникновению трещин и разрушению.
Для снятия наклепа деформируемый металл нагревают, в результате происходят процессы перераспределения и уменьшения концентрации структурных несовершенств: возврата,полигонизации ирекристаллизации. Заключительным и сильно действующим процессом, переводящим наклепанный металл в устойчивое состояние, являетсярекристаллизация – процесс полной или частичной замены деформированных зерен данной фазы другими, более совершенными зернами той же фазы (рис. 7). Рекристаллизация заключается в зарождении новых, более совершенных зерен и их росте за счет менее совершенных, т.е. рекристаллизация является диффузионным процессом, протекающим во времени.
Наименьшую температуру, при которой начинается процесс рекристаллизации и происходит разупрочнение, называют температурой рекристаллизации.Между температурой рекристаллизации (Тр) и температурой плавления (Тпл) металлов существует простая зависимость, определенная металловедом А.А. Бочваром:
Тр = a×Тпл (К).
Ниже приведена температура рекристаллизации металлов и сплавов:
Тр = (0,1 ¸ 0,2)×Тпл – для чистых металлов,
Тр = 0,4×Тпл – для технически чистых металлов,
Тр = (0,5 ¸ 0,6)×Тпл – для сплавов (твердых растворов).
Температуру начала рекристаллизации определяют металлографическим и рентгеноструктурным методами, а также по изменению свойств. Если
Тр определяют по изменению твердости, то за
Тр принимают температуру, при которой прирост твердости, созданный деформацией, уменьшается вдвое (см. рис. 8).
Рис. 8. Определение температуры рекристаллизации
