Возврат и рекристаллизация. Горячая деформация и ее влияние на структуру металлов

Возврат металлов, процесс частичного восстановления структурного совершенства и свойств деформированных металлов и сплавов при их нагреве ниже температур рекристаллизации (см. Рекристаллизация металлов). Возврат осуществляется перераспределением и уменьшением концентрации точечных дефектов и дислокаций, не связанных с образованием и движением границ зёрен (кристаллитов). Возврат включает элементарные процессы с разной энергией активации Q, протекающие в различных температурных интервалах. Это связано с большим разнообразием типов и характера распределения дефектов кристаллического строения, вносимых наклёпом при деформации.

Различают 2 стадии Возврат Первая стадия — отдых — уменьшение концентрации точечных дефектов, их аннигиляция (см. Аннигиляция и рождение пар) и сток к границам и дислокациям, а также перераспределение дислокаций скольжением в своих плоскостях без образования новых границ. Процесс идёт при нагреве до температуры (0,05—0,2) tпл, при этом Q отдыха равна 0,1—0,7 эв. Вторая стадия — полигонизация, т. е. перераспределение дислокаций скольжением и диффузионным путём, сопровождающееся их частичной аннигиляцией и образованием областей (полигонов) внутри кристаллитов, свободных от дислокаций и отделённых друг от друга дислокационными малоугловыми границами. Процесс идёт при нагреве до (0,3—0,4) tпл, при этом Q полигонизации составляет 160,210·10-21 — 240,315·10-21 дж (1,0—1,5 эв). При нагреве после больших деформаций полигонизация, как правило, является начальной стадией рекристаллизации.

Структурные изменения при Возврат наблюдаются на стадии полигонизации электронномикроскопическим анализом тонких фольг «на просвет», а в отдельных случаях и в оптическом микроскопе после травления. Важную информацию о Возврат даёт анализ уменьшения ширины линий на рентгенограммах и формы рентгеновских рефлексов. При Возврат уменьшаются твёрдость, прочность, электросопротивление, коэрцитивная сила, растворимость в кислотах, повышается пластичность. Степень восстановления свойств при Возврат различна: электросопротивление заметно восстанавливается уже на стадии отдыха, тогда как механические свойства и коэрцитивная сила — при полигонизации. В металлах и сплавах с высокой энергией дефектов упаковки степень восстановления свойств при Возврат больше, чем у материалов с низкой энергией этих дефектов. Степень восстановления свойств тем больше, чем выше температура нагрева и больше его продолжительность. Скорость процесса Возврат при каждой данной температуре затухает во времени по закону, выражаемому показательной функцией.

Возврат применяется для повышения пластичности наклёпанных материалов и термической стабильности структуры и свойств.

Рекристаллизация, процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость Рекристаллизация резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают 3 стадии Рекристаллизация: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией (рис. 1), собирательную - неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается (рис. 2), и вторичную Рекристаллизация, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной Рекристаллизация структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты, изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной Рекристаллизация - за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной Рекристаллизация - за счёт уменьшения суммарной поверхности границ между зёрнами. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после Рекристаллизация отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется в технологии металлов и сплавов для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.

Закалка и отпуск сталей.

Закалка, термическая обработка материалов, заключающаяся в их нагреве и последующем быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения (подавления) нежелательных процессов, происходящих при его медленном охлаждении. Закалка возможна только для тех веществ, равновесное состояние которых при высокой температуре отличается от равновесного состояния при низкой температуре (например, кристаллической структурой). Закалка эффективна только в том случае, если реально достижимая скорость охлаждения достаточна для того, чтобы не успели развиться процессы, подавление которых является целью Закалка Структуры, возникающие в результате Закалка, лишь относительно устойчивы, при нагреве они переходят в более устойчивое состояние. Закалка могут подвергаться в естественных условиях или в определённом технологическом процессе многие вещества, (металлы, их сплавы, стекло и пр.).

Отпуск металлов, вид термической обработки, заключающийся в нагреве закалённого сплава до температуры ниже нижней критической точки, выдержке и последующем охлаждении. Термин «Отпуск (металлов)» применяют главным образом к сталям. Процессы распада зафиксированного закалкой состояния других сплавов чаще называют старением (см. Старение металлов). Основное назначение Отпуск (металлов)— достижение необходимых свойств стали, в особенности оптимального сочетания прочности, пластичности и ударной вязкости. С повышением температуры свойства стали изменяются постепенно, однако наблюдаются сравнительно узкие интервалы температур резкого их изменения. В соответствии с этими интервалами различают первое (100—150° С), второе (250—300° С) и третье (325—400° С) превращения. При первом происходит уменьшение, при втором — увеличение, при третьем — значительное уменьшение объёма металла.