2020-04-20
150Рассмотренный ранее механизм пластической деформации, позволяет
сделать вывод, что процесс сдвига в кристаллах под действием внешних напряжений будет происходить тем легче, чем больше дислокаций будет в металле.
После пластической деформации дислокационная плотность увеличивается и достигает значении 108 ‑1010 см -2. При этом формируются дислокационные скопления: сплетения в виде клубков дислокаций. При увеличении степени деформации плотность дислокаций возрастает до 1011 – 1012 см -2.
Повышение прочности с возрастанием плотности дислокаций объясняется тем, что при этом возникают не только параллельные друг другу дислокации, но и дислокации в разных кристаллографических плоскостях и направлениях. Такие дислокации будут мешать друг другу перемещаться и реальная прочность металла повышается, так как замедляется движение дислокаций и уменьшается пластическая деформация.
Упрочнение металла под действием пластической деформации называется наклепом. С ростом степени деформации прочность и твердость повышаются, а способность к пластической деформации снижается (рис.5.1).
|
Рис.5.1. Изменение свойств металла с увеличением степени
деформации.
Степень предварительной деформации определяется по характеристике ε и вычисляется как отношение разности толщин заготовок до деформации (Н) и после деформации (h) к исходной толщине Н:
ε = [(H - h) / H] ∙ 100%.
Рост числа дислокаций и возникновение внутренних напряжений в результате наклепа приводит к тому, что свободная энергия металла растет, и он переходит в неравновесное, неустойчивое состояние. Нагрев металла должен способствовать возврату металла в более устойчивое исходное структурное состояние.
Уже при небольшом нагреве происходит снятие искажений кристаллической решетки, уменьшение плотности дислокаций, снижение внутренних напряжений. При этом видимых изменений структуры не наблюдается и вытянутая форма зерен сохраняется. Этот процесс называется возвратом. При возврате прочность уменьшается незначительно (на 20 - 30%), а пластичность несколько увеличивается.
С ростом температуры нагрева подвижность атомов растет, и образуются новые зерна вместо ориентированной волокнистой структуры. Образование и рост новых равноосных зерен называется рекристаллизацией.
Рис.5.2. Схема процесса рекристаллизации в деформированном
металле при нагреве.
Процесс рекристаллизации протекает в две стадии:
Первая стадия - рекристаллизация обработки - процесс образования новых зерен.
Вторая стадия - собирательная рекристаллизация - процесс роста вновь образованных рекристаллизованных зерен (рис.5.2).
Новые зерна возникают на границах старых зерен. Процесс первичной рекристаллизации термодинамически выгоден, так как при переходе деформированного металла в более устойчивое равновесное состояние сопровождается уменьшением свободной энергии.
Температура, при которой возникают новые зерна и изменяются механические свойства, называется температурой рекристаллизации (Тр).
Она зависит от температуры плавления.
Тр = а ∙ Тпл,
где а - коэффициент, зависящий от состава и структуры металла.
· для чистых металлов: Тр = 0,3 - 0,4 ∙ Тпл;
· для сплавов: Тр = 0,7 - 0,8 ∙ Тпл.
Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве представлено на рис.5.3.
Рис. 5.3. Схема изменения структуры и свойств деформированного металла при нагреве:
1-2 – возврат; 2-3 – первичная рекристаллизация (рекристаллизация
обработки); 3-4 – собирательная рекристаллизация
Таким образом, если необходимо снять наклеп, то следует провести нагрев деформированного металла при температуре выше, чем температура рекристаллизации.
Относительно температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформацию. Холодная деформация проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации и является способом упрочнения металлов и сплавов. Горячая деформация проводится при температурах выше температуры рекристаллизации. Так, при механической обработке давлением имеют место два процесса: упрочнение за счет пластической деформации и последующее разупрочнение при рекристаллизации.
