ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термическое разупрочнение деформированного металла из "Теория обработки металлов давлением " Промежуточная и окончательная термическая обработка деформированного металла - неотъемлемая часть единого процесса изготовления металлопродукции методами обработки давлением. Термообработка является эффективным средством регулирования таких свойств, как пластичность и прочность, определяющих поведение металла при его обработке. [c.119] В основу теории термической обработки деформированного металла положено описание полиморфных. превращений, отдыха , полиго-низации и рекристаллизации. Для объяснения этих явлений предложен ряд гипотез, одна из которых - необходимость возникновения зародышей новых зерен при рекристаллизации и зародышей новой фазы при полиморфных и фазовых превращениях. Размер их составляет несколько межатомных расстояний, а образуются они синхронным перескоком атомов в новые равновесные положения. [c.119] Отметим, что теория рекристаллизации создавалась в те времена, когда понятия ротационной пластичности и образования новых межзеренных границ при пластической деформации еще не были сформулированы. [c.122] К моменту окончания первичной рекристаллизации общая поверхность равноосных зерен, выросших из зародышей, может быть больше суммарной поверхности вытянутых деформированных зерен. Несмотря на это, свободная энергия у рекристаллизованного металла меньше, чем у деформированного за счет уменьшения плотности дислокаций внутри зерен. [c.122] Условия возникновения зародышей новых зерен и их роста сформулированы во многих работах, например в [4, 47], исходя из понятий о напряжениях, создаваемых в материале дислокациями, генерированными во время пластической деформации. Для образования зародыша нового зерна размером do требуется плотность дислокаций ро = y//doWj, где - энергия дислокации единичной длины у/-удельная поверхностная энергия межзеренной границы. [c.123] в меди при G = 4,540 Па, Wd 30 10 Н, у/ = 0,5 Дж/м для образования зародыша нового зерна размером do= Ihm требуется плотность дислокаций ро= 1,7Т0 м , которая практически недостижима даже в сильнодеформированных металлах. Зародыши более крупного размера требуют меньшей плотности дислокаций, но для них трудно обеспечить синхронность перескока в равновесное состояние. В этом состоит одно из противоречий теории термообработки деформированного металла, поэтому к вопросу образования зародышей рекристаллизации мы еще вернемся. [c.123] Расчеты, выполненные для меди при 30 10 Н, у/ = 0,5 Дж/м, при достаточно высокой плотности дислокаций Ар = 10 м и радиусе зародыша г = 0,1 мкм показывают, что его рост по модели, предлагаемой автором работы [4], подавляется поверхностным натяжением су +ст = 0,3-0,5 = -4,1 (МПа) 0. [c.124] Тем не менее, модели, разработанные в [47], предусматривающие произвольное распределение дислокаций, были, очевидно, первыми более или менее правдоподобно количественно описывающими движущие силы первичной рекристаллизации. [c.124] По окончании первичной рекристаллизации, когда весь объем металла занят новыми, практически бездефектными (бездислокаци-онными) зернами, свободная энергия металла значительно уменьшается, но структура остается термодинамически нестабильной. Эта нестабильность проявляется в изменении структуры из-за большой свободной энергии сильно развитой поверхности границ и неуравновешенности поверхностного натяжения на этих границах. [c.124] Экспериментально установлено, что термически стабильной конфигурацией зерен в металле является соединение каждых трех из них с углами при вершине 120°. Таким образом, в двухмерной модели зерна должны быть правильными шестиугольниками с прямолинейными сторонами, образующими гексагональную сетку границ. После первичной же рекристаллизации зерна имеют неправильную форму, различные размеры и число граней, если о гранях вообще можно говорить. [c.124] При повышении температуры или увеличении времени выдержки при данной температуре граница начинает мигрировать. Экспериментально установлено, что эта миграция направлена к центру кривизны границы. Рост одних рекристаллизованных зерен за счет соседних путем миграции границ называют собирательной рекристаллизацией. Движущими силами ее является свободная энергия границ зерен, а обязательным условием - неуравновешенность поверхностного натяжения, стремящегося выпрямить искривленные границы и создать равновесную конфигурацию границ в местах тройных стыков. [c.124] Однако в ряде случаев это правило не выполняется. Например, в листах электротехнического железа или в текстурованных фольгах размер зерна в десятки раз может превосходить толщину металла. [c.125] Рост зерен при собирательной рекристаллизации может сильно замедлять кристаллографическая текстура, возникающая при первичной рекристаллизации. Текстурное торможение обусловлено тем, что границы зерен с небольшой взаимной разориентировкой, которая свойственна совершенной текстуре, имеют пониженную энергию у/, в соответствии с чем скорость роста должна быть меньше. [c.125] Отметим, что в чистых литых или однофазных сплавах при отжиге без предварительной деформации зерна могут быстро расти за счет действия внутренних напряжений о . При собирательной рекристаллизации зерна укрупняются более или менее равномерно, и металл можно характеризовать одним средним значением размера зерна. [c.125] В определенных условиях при нагревании деформированного металла может быть получена структура, состоящая из множества сравнительно мелких зерен приблизительно одинакового размера и гораздо меньшего числа очень крупных зерен, которые иногда могут достигать размеров до нескольких сантиметров. Такая структура возникает в результате неравномерного роста зерен, называемого вторичной рекристаллизацией большинство зерен укрупняется очень медленно или практически вообще не растет, а отдельные зерна вырастают до больших размеров, поедая свое мелкозернистое окружение. [c.125] Процесс вторичной рекристаллизации избирательный рост отдельных зерен происходит при стабилизации размеров основного количества зерен и росте на этом фоне некоторых нестабилизиро-ванных зерен. [c.125] Причинами стабилизации зерен при собирательной рекристаллизации могут быть 1) дисперсные частицы или сегрегации примесей на границах 2) текстурное торможение 3) эффект толщины . [c.125] например, матрица стабилизирована частицами второй фазы, то в силу случайных обстоятельств из-за неравномерности распределения или растворения этих частиц границы одних зерен могут быть значительно слабее заблокированы, чем границы большинства зерен. Именно такие зерна способны к избирательному росту. [c.126] Когда матрица стабилизирована эффектом толщины , то решающее влияние на скорость роста оказывает энергия свободной поверхности зерен у,. Поэтому рост зерен, у которых грани с минимальной энергией совпадают с поверхностью листа, будет энергетически выгоден по сравнению с ростом других кристаллитов. [c.126] Подводя итог сказанному, следует отметить, что процессы, происходящие в деформированном металле при нагревании - полиго-низация и рекристаллизация — имеют один характер образование новых границ и их последующая миграция. Отличие состоит лишь в том, что при полигонизации границы малоугловые, низкоэнергетические и малоподвижные, а при рекристаллизации - высокоугловые, высокоэнергетические (за исключением специальных) и подвижные. [c.126] Вернуться к основной статье