Изменение структуры и свойств металлов и сплавов при деформации и отжиге

09

мая

Новости
Изменение структуры и свойств металлов и сплавов при деформации и отжиге
Изменение структуры и свойств металлов и сплавов при деформации и отжиге


Изменение формы и размеров деформируемого тела связано с изменением формы каждого отдельного зерна. При обработке давлением зерна вытягиваются (деформация удлинения), а поперечный размер их уменьшается (деформация укорочения). При этом металл приобретает волокнистое строение. Такое направленное расположение зерен называется текстурой деформации (рис. 1).

Образование волокон с вытянутыми вдоль них межзеренными прослойками является причиной различия свойств деформированного металла вдоль и поперек волокон. Таким образом, металл, практически изотропный до деформации, после нее становится анизотропным.

Изменение структуры и свойств металлов и сплавов при деформации и отжигеРис. 2. Схема изменения механических свойств при холодной деформации

Пластическая деформация существенно изменяет механические свойства поли-кристаллического тела. Схема изменения механических свойств при холодной деформации, приведенная на рис. 2, показывает, что при повышении степени деформации интенсивно возрастают твердость (НВ), временное сопротивление σв предел текучести σ0,2 и столь же интенсивно уменьшаются пластические характеристики: относительное удлинение δ и относительное сужение ψ. Следует отметить, что при малых степенях деформации (до 15—20%) σ0,2 возрастает значительно более интенсивно, чем σв, и разница между значениями этих характеристик быстро уменьшается. При степени деформации более 20 % интенсивности возрастания σв и σ0,2 примерно одинаковы. Это же характерно для пластических характеристик: основное падение δ и ψ наблюдается до степени деформации 20-30 %. При дальнейшем повышении степени деформации δ и ψ понижаются мало и, начиная со степени деформации 60—70 %, практически не изменяются.

Повышение прочностных характеристик с увеличением степени деформации можно объяснить возрастанием сопротивления перемещению дислокаций вследствие увеличения их количества в процессе пластической деформации и затруднения их перемещения. Возрастание прочностных свойств при пластической деформации называется упрочнением или наклепом. Деформация оказывает определенное влияние также на физические и химические свойства материалов. Так, при волочении проволоки уменьшение плотности может составлять до 2 %, а повышение электросопротивления может достигать 3 % для меди и 1,5% для алюминия. Есть данные, что при деформации снижаются теплопроводность, магнитная проницаемость, сопротивление коррозии и повышается растворимость металлов в кислотах.

При нагреве металла после пластической деформации в нем проходят процессы разупрочнения. Основные разупрочняющие процессы — это возврат и рекристаллизация.

Возвратом или отдыхом называется процесс частичного разупрочнения и соответственно частичного восстановления свойств, которые металл имел до деформации. Согласно данным акад. A.A. Бочвара, абсолютная температура (по шкале Кельвина) начала возврата для чистых металлов составляет 0,25—0,3 абсолютной температуры плавления (Тпл). Примеси и легирующие элементы повышают температуру возврата. Поэтому у сплавов, особенно сильно легированных, температура начала возврата значительно выше, чем у чистых металлов, и может достигать (0,35—0,4) Тпл.

Возврат уменьшает искажения кристаллической решетки, но практически не влияет на размеры и форму зерен и, следовательно, не разрушает текстуру деформации.

Рекристаллизация — процесс образования из деформированных зерен новых зерен с недеформированной (неискаженной) атомной решеткой. Рекристаллизация проходит при более высоких температурах, чем возврат. По данным акад. A.A. Бочвара, абсолютная температура начала рекристаллизации (Тр) металлов равна 0,4Тпл. Для сплавов эта температура может увеличиваться до 0,5 Тпл. На практике рекристаллизация осуществляется при отжиге. С повышением температуры отжига и степени деформации в процессе деформирования, предшествовавшем отжигу, скорость рекристаллизации увеличивается.

Рекристаллизация может проходить в три стадии. Первичная рекристаллизация — в деформированном материале образуются новые зерна, которые растут, поглощая зерна, искаженные деформацией. Собирательная рекристаллизация — образовавшиеся при первичной рекристаллизации, растут за счет других зерен. При этом средний размер зерна увеличивается. Вторичная рекристаллизация — избирательный рост зерен, образовавшихся при первичной или собирательной рекристаллизации. Вследствие этого сильно увеличивается разнозернистость структуры. Рекристаллизация устраняет дефекты структуры, изменяет размеры зерен и их кристаллическую ориентацию. Таким образом, при рекристаллизации устраняется текстура деформации.

Поскольку в процессе собирательной и вторичной рекристаллизации увеличиваются размеры зерен, а также возникает разнозернистость, что приводит к снижению пластических характеристик, темпёратуру отжига и его продолжительность выбирают таким образом, чтобы проходила только первичная рекристаллизация. Схема изменения механических свойств при рекристаллизации в зависимости от температуры отжига приведена на рис. 3.

Изменение структуры и свойств металлов и сплавов при деформации и отжигеРис. 3. Зависимость временного сопротивления σв и относительного удлинения δ деформированной алюминиевой проволоки от температуры отжига tотж


Изменяя все свойства металла в направлении, обратном тому, в котором они изменялись при деформации, возврат и рекристаллизация дают возможность продолжать обработку давлением металла, который перед отжигом был сильно наклепанным и вследствие этого малопластичным. Кроме того, рекристаллизационный отжиг применяют как окончательную операцию после обработки давлением, например, если необходимо получить материал с высокими пластическими и сравнительно низкими прочностными характеристиками, для увеличения обжатий и снижения необходимых усилий при последующей обработке давлением. Разупрочняющие процессы могут проходить не только при нагреве металла после деформации, но и в процессе самой деформации, если деформация осуществляется при температуре выше температуры начала возврата или рекристаллизации.

В зависимости от степени протекания разупрочняющих процессов С.И. Губкин все процессы обработки металлов давлением разделяет на четыре группы.

Холодная деформация, при которой разупрочняющие процессы не проходят. Температура ее ниже температуры начала возврата. Горячая деформация, при которой разупрочняющие процессы проходят полностью и металл не получает упрочнения. Она протекает при температуре выше температуры начала рекристаллизации. Неполная горячая деформация, при которой рекристаллизация проходит лишь частично. Это наблюдается, если скорость рекристаллизации значительно меньше скорости деформации. Неполная холодная деформация, при которой рекристаллизация не проходит, но осуществляется процесс возврата. Температура деформации в этом случае выше температуры начала возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата.



Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Информация

Комментировать статьи на нашем сайте возможно только в течении 1 дней со дня публикации.