Вплив нагріву на структуру та властивості деформованого металу, Навчальні матеріали
Близько 10…15 % всієї енергії, витраченої пластичну деформацію, поглинається металом і накопичується у ньому. Решта енергії йде на нагрівання металу.
Деформований метал перебуває у нерівноважному, нестійкому стані, й у ньому можуть протікати процеси, створені задля досягнення стійкого стану. Цей перехід пов'язаний із зменшенням спотворень у кристалічній решітці та зняттям напруг, що у свою чергу визначається можливістю переміщення атомів.
З підвищенням температури рухливість атомів збільшується і починають розвиватися процеси, що призводять до металу до рівноважного стану. У міру нагрівання деформований метал проходить стадії повернення та рекристалізації, внаслідок чого змінюються його структура та властивості (рисунок 20).
В області повернення (при нагріванні до 0,3 Тпл) відбувається підвищення структурної досконалості металу внаслідок зменшення густини дефектів будови. При цьому немає помітних змін структури, видимої в оптичний мікроскоп. Механічні властивості металу змінюються незначно, близько 5…7 %.
За низьких температур (нижче 0,2 Тпл) протікає перша стадія повернення — відпочинок, коли відбувається зменшення точкових дефектів (вакансій) та перерозподіл дислокацій без утворення субмеж. Під час нагрівання вакансії поглинаються дислокаціями, що рухаються до меж зерен. Частина дислокацій протилежного символу знищується.
Друга стадія повернення - полігонізація, під якою розуміють дроблення (фрагментацію) кристалів на субзерна (полігони). При нагріванні безладно розподілені дислокації одного знака вишиковуються в дислокаційні стінки, що призводить до утворення в монокристалі або в зерні полікристалу субзерен(полігонів), вільних від дислокацій та відокремлених дислокаційними кордонами (рисунок 21).
Цей процес протікає зазвичай при невеликих деформаціях при температурі (0,25 ... 0.3) Тпл, і їм створюються умови для утворення у структурі металу зародків нових зерен.
Малюнок 21 - Схема процесу полігонізації
Стадія первинної рекристалізації в деформованому металі відбувається за його нагріванні вище 0,3Тпл. При високих температурах рухливість атомів зростає та утворюються нові рівноосні зерна.
Утворення нових, рівноосних зерен замість орієнтованої волокнистої структури деформованого металу називається первинною рекристалізацією.
У деформованому металі на ділянках з підвищеною щільністю дислокацій утворюються та ростуть зародки. Утворюється зовсім нове зерно, яке за розмірами відрізняється від вихідного до деформації. Клевета практично повністю знімається, і властивості наближаються до їх вихідних значень.
Температура, коли він починається процес рекристалізації називається температурним порогом рекристалізації.
Температурний поріг рекристалізації (Тр) пов'язаний із температурою плавлення металу залежністю А.А.Бочвара:
де Тпл - абсолютна температура плавлення, К;
а - коефіцієнт, що залежить від чистоти металу.
Для металів високої чистоти а = 01-02; для технічно чистих металів а = 0,4; для сплавів твердих розчинів а = 05-06.
Для деяких металів значення температурного порога рекристалізації наведено у таблиці 2.
Рекристалізаційний відпал маловуглецевих сталей проводять при 600-700 0 С, латунів і бронз при 560-700 0 С, алюмінієвих сплавів при 350-450 0 С, титанових сплавів при 550-750 0 С.
Збірна рекристалізація проходить після завершенняпервинної рекристалізації у процесі подальшого нагрівання. Вона полягає в зростанні нових зерен, що утворилися. Рушійною силою збиральної рекристалізації є поверхнева енергія зерен. При укрупненні зерен загальна довжина їх меж стає меншою, що відповідає переходу металу в рівноважніший стан.
Таблиця 2 - Температура початку рекристалізації технічно чистих металів