Возврат

Деформированного металла

Влияние нагрева на структуру и свойства

Большая часть работы (около 95 %), затраченной на деформацию металла, превращается в теплоту. Остальная часть энергии аккумулируется в металле в виде повышенной энергии ионов, смещенных из положений равновесия. Это проявляется в усилении дефектности кристаллического строения наклепанного металла – увеличении площади поверхностей раздела, плотности дислокаций, концентрации точечных дефектов, а также росте остаточных напряжений. Таким образом, наклепанный металл является термодинамически неустойчивым. Физические и механические свойства сильнодеформированных кристаллов резко отличаются от свойств отожженных материалов.

Отжигом называется термическая обработка, предназначенная для уменьшения искажений структуры, обусловленных деформацией, а следовательно, к приведению металла в более равновесное состояние. При отжиге происходит два основных процесса называемых возвратом и рекристаллизацией.

Под возвратом понимают как структурные изменения, так и обусловленные ими изменения свойств. Структурные изменения, происходящие при возврате, не сопровождаются появлением новых зерен вместо деформированных.

Основные изменения структуры, происходящие при возврате, связаны со значительным снижением плотности дислокаций и их перегруппировкой. Процесс перегруппировки дислокаций играет важную роль в формировании структуры деформированного кристалла.

Рис. 37. Схема полигонизации:

а - наклепанный металл; б - полигонизованный металл

При возврате первоначально беспорядочно ориентированные в деформированном кристалле дислокации переползают в новые положения и выстраиваются в стенки, перпендикулярные первоначальным плоскостям скольжения, образуя субзерна, очень незначительно разориентированные между собой. Зерно, в результате образования дислокационных стенок, дробится на отдельные блоки. Такой процесс получил название полигонизации и схематически его можно представить так, как изображено на рис. 37.

Поскольку процесс переползания дислокаций является термически активируемым процессом, то он может протекать с заметной скоростью лишь при повышенных температурах.

Атомы растворенных примесей могут снижать скорость протекания полигонизации, поскольку они затрудняют переползание дислокаций, закрепляя их. В результате упорядоченного перераспределения дислокаций и дробления блоков исходного упругого напряженного кристалла на более мелкие блоки, происходит снижение напряжений II рода.

Процесс полигонизации проявляется не при всех степенях деформации (чаще проявляется при небольших деформациях) и не одинаково у всех металлов.

Считают, что при возврате происходит восстановление механических, а иногда и физических свойств материала до величин, соответствующих недеформированному состоянию, но это утверждение неоднозначно. Температура, при которой возврат происходит с заметной скоростью, называется температурой возврата.

Практически возврат протекает при любой температуре и, строго говоря, температура начала возврата не может быть точно определена, тем более что скорость возврата зависит от многих факторов, например чистоты металла. У некоторых металлов возврат наблюдается при температурах ниже комнатной (например, у чистого алюминия), но чаще всего происходит в интервале температур от 100 до 400 ⁰С.

Сформировавшаяся в процессе возврата блочная (полигональная) структура устойчива до высоких температур. Причина этого заключается в том, что в процессе деформации большая часть затрачиваемой энергии превращается в тепло и лишь небольшая часть (около 5 %) остается запасенной в металле. Запасенная энергия существует в кристалле в виде упругой энергии полей напряжения дислокаций и точечных дефектов, концентрация которых в деформированном металле на порядки больше, чем в отожженном. В процессе возврата происходит снижение концентрации дислокаций и точечных дефектов, а также их упорядочение в полигональные стенки, приводящее к снижению запасенной энергии. При этом общая энергия кристалла снижается и дальнейшей перестройки структуры не происходит.

Дата добавления: 2014-01-05