Отдых и рекристаллизация

Диффузия и самодиффузия.

В РАБОЧИХ РЕЖМАХ.

При увеличении температуры увеличивается амплитуда колебаний атомов (ионов) в кристаллической решетке металлов вокруг положения равновесия. Эти атомы могут преодолевать связи между атомами и перемещаться на расстояния, превышающие межатомные. Это явление носит название диффузии (перемещение в твердом растворе атомов растворенного элемента) или самодиффузии (перемещение атомов в чистых металлах или атомов растворителя в твердых растворах).

Перемещение атомов через узлы кристаллической решетки предполагает наличие свободных от атомов узлов - вакансий. В идеальной кристаллической решетке, все узлы которой заняты атомами, диффузия невозможна.

Величина энергии, которая необходима для перемещения атомов из одного положения в другое называется энергией активизации.

На свойства сталей существенное влияние оказывает концентрация углерода в феррите сталей. Чем выше концентрация углерода в феррите стали, тем большее число его атомов участвует в перемещениях. Диффузия может протекать и по телу зерен и по их границам. На границах зерен кристаллическая решетка искажена и атомы обладают большими запасами энергии, чем внутри зерен, поэтому в пограничных зонах скорость диффузии оказывается более высокой.

Эти явления наблюдаются при нагреве холоднонаклепанного металла. Нагрев металла после предварительной пластической деформации приводит к частичному восстановлению его механических свойств, (к уменьшению характеристик прочности и повышению характеристик пластичности), называемому отдыхом.

Процесс отдыха объясняется тем, что при нагреве происходит
снятие искажений кристаллической решетки. Процесс отдыха является непрерывным и постепенным и при некоторой температуре он
сменяется резким изменением механических свойств и структуры
металла. Это явление называется рекристаллизацией (рис.3.1).

Рис.3.1. Процессы отдыха и рекристаллизации

Различают три вида процесса рекристаллизации:

1. Нормальная рекристаллизация – имеет место после значительной пластической деформации порядка 20-30%. Она обычно состоит из следующих стадий: появление зародышей рекристаллизации; рост зародышей, появившихся в первой стадии и появление новых; рост новых зародышей до соприкосновения; рост зерен.

2. Рекристаллизация после малой пластической деформации.

3. Анормальная рекристаллизация (вторичная может проявиться после нормальной рекристаллизации. Она характеризуется тем, что после вырастания зародышей до соприкосновения при определенных условиях может начаться рост небольшого числа кристаллов. При этом в объеме металла: наблюдаются две группы зерен - мелкие и крупные. Анормальная рекристаллизация заканчивается соприкосновением выросших зерен - "гигантов".

Процесс рекристаллизации может начаться только при определенной температуре, величина которой зависит от степени предварительного наклепа, времени выдержки и ряда других факторов. Чем больше величина предварительной пластической деформации, тем ниже температура рекристаллизации (рис.3.2).

Рис.3.2 Зависимость температуры начала рекристаллизации от величины предварительной пластической деформации

Это снижение происходит до определенного предела - наступает момент, когда температура рекристаллизации уже не зависит от величины пластической деформации.

Наибольшая величина зерна после рекристаллизации имеет место при малых степенях деформации, причем существует критическая величина деформации, при которой структура металла обладает наибольшей склонностью к росту зерна.

Изготовление многих деталей в энергетике сопровождается значительными пластическими деформациями, и если учесть, что температурные условия работы этих деталей близки к температуре рекристаллизации, то очевидно, что необходимо серьезно считаться с проявлением этого процесса и особенно в гибах труб пароперегревателей, не получивших термической обработки.

Дата добавления: 2013-12-13