Возврат и рекристаллизация холоднодеформированных металлов и сплавов. Изменение структуры и свойств. Рекристализационный отжиг – выбор режима, назначение

После пластической деформации (наклепа) металл находится в термодинамически – неуравновешенном состоянии и стремится перейти в более устойчивое. При комнатной Т стр-ра и св-ва не меняются, нужен нагрев (отжиг). В рез-те нагрева сниж. прочность и повыш пластичность.

Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, т.е. размер зерна и форма не меняется. Протекает при относительно низких Т (примерно 0.3 Тпл). При возврате восстан. э/сопр и плотность, мех. св-ва восст на 10-30%.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим кол-вом дефектов старения, в рез-те образуются новые, в осн. равноосные зерна.

Три типа рекристаллизации: Первичная, собирательная, вторичная.

Первичная – начинается с образования зародышей новых зерен и заканчивается полным замещением наклепанного металла новой поликристаллической структурой. Снижается прочность, повышается пластичность. Для начала первичной крист. необходимы 2 условия:

1) предварительная деформация металла д.б. больше критической;

2)температура нагрева должна быть выше критич значения, сосавляющего нек долю от Тпл металла: Трек=aТпл. Альфа характеризует чистоту металла.

Первичная рекристаллизация полностью снимает наклеп, ме приобретает равновесную структуру.

Собирательная – самопроизвольный процесс укрупнения зерен, образовавшихся на стадии первичной рекристаллизации. С увеличением размера зерна уменьшается сумм пов-ть границ зерен,= и запас избыт пов-ной энергии.

Рост зерен происходит в рез-те перехода атомов от одного зерна к другому через границу раздела. С повышением Т рост ускоряется. Собирательная рекристаллизация останавливается, когда зерна становятся многогранниками с углом 120°.

Вторичная рекристаллизация – неравномерный рост одних зерен по сравн с другими. В рез-те ухудшение механических свойств. Происходит при высоких Т нагрева наклепанного металла.

Отжиг при Т выше Трек (на 150-200°) называется рекристаллизационным. Применяется для снятия наклепа и восстановления пластичности. Чем выше температура отжига – тем крупнее зерно. При выборе режима отжига нужно избегать получения очень крупного зерна и разнозернистости. Скорость нагрева чаще всего не имеет значения.

Высокопрочные легированные стали. Среднеуглеродистые стали, упрочняемые термической и термомеханической обработкой. Мартенситно-стареющие стали – состав, марки, упрочняющая обработка, применение.

Развитие техники требует сталей с «сигма-в»>1500 МПа. Осн недостаток – имеют высокую чувствит. к концентраторам напряжений (надрезам, трещинам, царапинам).

1) Среднеуглеродистые комплексно-легированные низкоотпущенные стали.

После закалки и низкого отпуска уровень прочности зависит только от кол-ва С. Увеличение его до 0.4 повышает «сигма-в» до 2400 МПа,, но тогда угл ст. имеет полностью хрупкое разрушение. Для повышения вязкости добавляют Ni, 1,5-3%. Чем больше его – тем выше порог хладноломкости и больше уровень прочности. Вместе с ним вводят W, Mo, Si, Vn для повышения Т отпуска -> полнее снимаются закал напряжения. Карбидообр эл-ты служат так-же для измельчения зерна. Cr и Mn вводят для прокаливаемости.

Самые распространенные: 30ХГСНА (самолеты), 40ХГСН3ВА, 40ХН2СМА, 30Х2ГСН2ВМ, 30Х5МСФА.

2) Среднеуглеродистые, упрочненные ТМО.

ТМО – пластическая деформация аустенита + закалка (в одном процессе). Такое чудо применимо к ср/угл легир сталям – 30ХГСА, 40ХН, 40ХН2МА, 38ХН3МА и др. Обеспечивается высокая прочность (сигма-в 2000-2800 Мпа при небольших размерах), при достаточном запасе пластичности и вязкости.

В зав-ти от усл деформ аустенита – выше или ниже Трек, различают ВТМО и НТМО (высоко-/низкотемперат.).ВТМО – сталь деформ. выше А3 и сразу закалка, чтоб не допустить рекрист аустенита. При НТМО деформ происх при Т=400-600. Рекрист не происходит, но нужно избегать образ бейнита.

ТМО обоих видов заканчивается низким отпуском при 100-200. В рез-те повышается весь комплекс мех св-в, особенно пластичность и вязкость. Прирост прочности сост 200-500 МПа, пласт. и вязкость увелич. в 2 раза.

НТМО – для легир сталей с устойчивым переохл аустенитом. Выше прочность, технологически сложнее.

ВТМО – для любых конст сталей. Выше пластичность.

3) Мартенситно-стареющие стали.

Особый класс высокопрочных материалов. Конструкционная прочность и технологичность выше, чем у среднеуглеродистых сталей.

Основа – безуглеродистые (<0.03% C) сплавы железа с 8-25% никеля, легированные Co, Mo, Ti, Al, Cr и др эл-ми. Марки 03Н18К9М5Т, 03Н12К15М10, 03Х11Н10М2Т. Высокая прочность достигается за счет 2 мех-мов: мартенситное g - a превращение и старение мартенсита. Мартенситно – стар. стали закаливаются на воздухе при Т=800-860. При нагреве легир эл-ты, облад огранич и перем раствор-ю, переходят в g-раствор из Fe_a. Закалка фиксирует пересыщенный железоникелевый мартенсит. Благодаря выс содерж никеля и кобальта. при малом содерж углерода, дислокации высокоподвижны. Следствие – выс пластичность и вязкость. Основное упрочнение достигается при старении (480-520°), когда из мартенсита выдел мелкодисперсные частицы вторичных фаз (Ni₃Ti, NiAl, Fe₂Mo, Ni₃Mo и др.), когерентно связ с матрицей. Наибольшее упрочнение при старении вызывают Ти и Ал.

Для мартенситно – стареющих сталей характерны выс предел текучести (сигма-в=1600-2100 МПа), более высокий, чем у пружинных спл предел упругости (сигма – 0.002 = 1300 МПа), низкий порог хладноломкости. Малая чувствительность к надрезам, высокое сопротивл хрупкому разрушению. При содержании Хрома от 12% они корроз – стойкие. Высокотехнологичны. Неограниченная прокаливаемость, хорошо свариваются, при термообработке нет коробления и обезуглероживания.

Применяются для ответственных деталей в авиации, ракетной технике, судостроении.

Билет18