Процессы при нагревании холоднодеформированного металла
Чтобы понять, где находится граница между холодной и горячей деформацией, рассмотрим, что происходит при нагревании наклепанного металла.
После холодной деформации в материале накоплена большая избыточная энергия: атомы смещены из своих положений равновесия (есть остаточные внутренние напряжения), высокая плотность дислокаций, образующих сложную пространственную сетку, вытянутые деформированные зерна. Таким образом, металл находится в неравновесном состоянии, выйти из него он не может, так как при низких температурах диффузионная подвижность атомов мала.
С ростом температуры скорость диффузии увеличивается, что позволяет проходить процессам залечивания дефектов и разупрочнения наклепанного металла:
1. При температуре Т = (0,1…0,2)Тпл скорость диффузии атомов достаточна, чтобы они вернулись в равновесные положения, соответствующие узлам кристаллической решетки (уменьшается количество точечных дефектов). При этом начина- ют сниматься остаточные внутренние напряжения в кристаллитах. Этот процесс получил название отдых металла. Здесь – Тпл – температура плавления металла, К.
2. При нагреве до (0,2…0,3)Тпл начинается переползание (диффузионное движение) дислокаций внутри деформированных зерен, количество их уменьшается, остальные выстраиваются в стенки, разбивая кристаллит на многоугольные области
(полигоны). Этот процесс назвали полигонизацией. При этом начинает уменьшаться прочность и расти пластичность наклепанного металла, почти полностью восстанавливаются магнитные и электрические свойства.
Процессы отдых и полигонизация объединяют одним термином – возврат металла.
3. При нагреве до Трекр = (0,3…0,4) Тпл скорость диффузии атомов возрастает настолько, что они могут оторваться от кристаллической решетки деформированного зерна (где они имеют очень высокую энергию) и на его границах образовать зародыши новых неискаженных кристаллитов (рис. 2, б). Новые зерна растут, а старые (результат механической обработки) исчезают (рис. 2, в). Поэтому такой процесс называют первичная рекристаллизация или рекристаллизация обработки. Его движущей силой, направляющей диффузию атомов от старых зерен к новым, является уменьшение объемной энергии кристаллической решетки.
Нагрев до температуры рекристаллизации Трекр позволяет полностью восстановить механические и физические свойства металла.
4. Если продолжить увеличение температуры до Т = (0,5…0,6)Тпл, в металле начинается вторичная или собирательная рекристаллизация, при которой увеличивается размер зерен. Движущей силой этого процесса является сокращение площади границ зерен, а значит и поверхностной энергии материала.
Рост зерна охрупчивает металлы, снижая их прочность, но благоприятно сказывается на магнитных свойствах железных сплавов. Такой нагрев используют для отжига трансформаторных сталей.
