Термическое разупрочнение деформированного металла

Если нагревать металл, предварительно деформированный и упрочненный при комнатной температуре, то характер изменения его свойств в зависимости от температуры будет отличаться от представленного на рис. 4.1 и свойственного для отожженного металла. При нагревании деформированного металла происходит снятие упрочнения – термическое разупрочнение. При этом распадаются структуры, сформированные во время пластической деформации. Распад структур, снижение упругой энергии, накопленной металлом во время деформации, и переход ее в теплоту происходят не сразу – эти процессы условно можно разделить на от­дельные стадии, скорость протекания которых зависит от гомологической температуры (Т _r = Т/Т_пл, где Т – текущая температура, К; Т_пл – температура плавления, К).

В п. 2.4 мы выяснили, что деформационное упрочнение при пластической деформации связано с изменением структуры металла: зерна вытягиваются вдоль направления деформаций, в образце формируется так назы­ваемая механическая текстура (рис. 4.4, а), в металле значительно возраста­ет плотность дефектов кристаллического строения, которые располагают­ся упорядоченно.

Если исследовать структуру металла после отжига, то можно обнару­жить, что зерна приобрели округлую форму, какую имели до деформации, а плотность дислокаций снизилась до исходного, додеформационного зна­чения ρ = 10⁴ ÷ 10⁵ см^-2. При этом свойства металла также «вернулись» к исходным значениям - пластичность возросла, прочность снизилась. От­сюда и термин – термический возврат (или разупрочнение). Кривую из­менения σ_s, и δ в зависимости от температуры, представленную на рис. 4.5, называют часто кривой возврата.

Процессы распада дислокационных структур становятся возможными благодаря активизации диффузии.

Рис. 4.4. Микроструктура рения после прокатки (а) и отжига (б);

увеличение 120 крат

В металлах можно насчитать несколько процессов диффузии: самодиффузия, взаимодиффузия легирующих элементов и примесных атомов, диффузия вакансий и примесей вдоль дислокационных трубок и границ. Каждый из процессов участвует в термическом возврате. Экспериментальные исследования показали, что основной вклад в разупрочнение деформированных металлов вносят трубочная и граничная диффузии.

Рис. 4.5. Характер изменения предела текучести (1) и пластичности (2) деформированного металла в результате отжига: I – отдых; II – полигонизация;

III – рекристаллизация

В зависимости от структурных изменений, происходящих в деформированном металле при его нагревании, и от количественного изменения свойств металла, термическое разупрочнение принято подразделять на процессы, происходящие последовательно: отдых, полигонизацию, первичную рекристаллизацию, собирательную рекристаллизацию и вторич­ную рекристаллизацию. Однако при одной и той же температуре в различ­ных объемах металла одновременно могут проходить различные процессы возврата, причем одни могут воспрепятствовать протеканию других (например, полигонизация и первичная рекристаллизация являются конкурентными процессами).

Процессы термического разупрочнения проходят тем быстрее, чем выше температура и сильнее деформационное упрочнение, поэтому они интенсивно протекают при горячей деформации, внося вклад в формирование свойств металла. Этот вклад состоит в том, что одновременно с процессами деформационного упрочнения и формирования дислокационной структуры происходят

Отдых

Отдых – самая низкотемпературная стадия термического разупрочнения. На этой стадии уменьшаются радиус кривизны дислокаций, количество дислокаций с одним знаком без значительного уменьшения их плотности. Отдых происходит при температурах(0,35 ÷ 0.38) Т _пл.

При отдыхе полного термического разупрочнения не происходит. Увеличение температуры металла при отжиге приводит к плавному переходу отдыха в новую стадию – полигонизацию.

Полигонизация

При полигонизации продолжается уменьшение плотности дислокаций за счет захлопывания единичных дислокационных петель, но наблюдается новое явление – дислокации образуют малоугловые границы. Это происходит в металле, деформированном перед отжигом с не слишком большими степенями деформации. Весь объем металла внутри зерен разбивается на отдельные субзерна, разграниченные малоугловыми границами с низкой энергией γ_s΄. Иногда эти субзерна, имеющие правильную форму, образуют многоугольники, отчего процесс получил название полигонизация.

Если субзерна достигают размеров зерен, то такой процесс называют рекристаллизацией на месте. Полнгонизация может снять деформационное упрочнение полностью, и тогда следующей стадии термического разупрочнения – первичной рекристаллизации – не происходит вовсе.

В результате горячей пластической деформации или холодной деформации с последующим отжигом стараются получить именно полигональную структуру, при которой металл имеет наилучшее сочетание прочности и пластичности.

Дата добавления: 2015-09-05