Методичка (МУ - Физические основы пластической деформации), страница 9

снятия остаточных напряжений ивосстановления упруго искаженной кристаллической решетки, проводят термическую обработку, называемую низкотемпературным отжигом.Возврат приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформированию и к увеличению пластичности материала.Если проводить деформирование при температурах возврата, то интенсивность упрочнения снижается по сравнению с холодным деформированием.Размеры и форма зерен при возврате не меняются, наблюдается текстура деформации.Термообработка при более высоких температурах называется высокотемпературным (рекристаллизационным) отжигом и приводит к практически полному разупрочнению: зерна вытянутой формы становятся равноосными, уничтожаются текстура деформации и связанная с ней анизотропия свойств, значительно снижается сопротивление деформированию, увеличивается пластичность, полностью снимаются остаточные напряжения.Рекристаллизация - это процесс зарождения и роста новых, т.

е. неупрочненных, зерен из ориентированных вытянутых упрочненных зерен. Это связано с тем, что увеличение температуры поднимает энергетический потенциалатомов настолько, что последние получают возможность перегруппировок иинтенсивного обмена местами.Различают две стадии рекристаллизации – первичную и собирательную,которые протекают последовательно. Первичная стадия заключается в образовании зародышей и росте новых неупрочненных зерен. Зародышами новыхзерен становятся имеющиеся в деформированном металле ячейки с относительно правильной решеткой. К правильным ячейкам-зародышам пристраиваются близлежащие атомы искаженной решетки и начинает расти новое зерно справильной решеткой за счет поглощения атомов деформированного зерна.Вследствие одинаковых возможностей роста новых зерен во всех направлениях новые зерна, образующиеся из зародышей, равноосны.

Собирательная рекристаллизация заключается в объединении первичных мелких зерен в крупныезерна.Рекристаллизация происходит во времени и с некоторой скоростью, величина которой зависит от температуры и степени деформации. Чем выше то идругое, тем выше скорость рекристаллизации.Если проводить деформирование металла при повышенных температурах,то пластическая деформация тела сопровождается протеканием двух противоположных процессов - упрочнения и разупрочнения. Величина упрочненияопределяется физической природой материала и степенью деформации, степень разупрочнения – полнотой прохождения процесса рекристаллизации, зависящей от времени и скорости рекристаллизации. Совокупность значенийтемпературы, скорости и степени деформации называют термомеханическим51режимом обработки давлением.

От него зависит конечная кристаллическаяструктура, которую будет иметь металл после деформирования.7.2. Объемная диаграмма рекристаллизацииРазмеры зерен, образующихся в результате рекристаллизации, зависят оттемпературы Т0, степени  и скорости vd деформации. Величина зерна зависиттакже от времени выдержки металла при температуре выше Т рекр..На рис. 53 представлена объемная диаграмма рекристаллизации, показывающая размер зерна в зависимости от температуры и степени деформации.Из диаграммы видно, что размер зерна уменьшается с увеличением степени деформации и увеличивается с увеличением температуры.Особенностью процесса рекристаллизации является наличие критической степени деформации (не более 8-10 %), при которой наблюдается резкий ростразмеров рекристаллизованных зерен, причем с повышением температурыкритическая степень деформации уменьшается.Это явление объясняется тем, что при малых степенях деформации рекристаллизация происходит в результате внутрикристаллитных процессов безнарушения оболочки зерен и межкристаллитного вещества.

Вследствие этогоувеличение размеров зерен затруднено.При критических степенях деформации число центров кристаллизацииостается небольшим, а межкристаллитное вещество частично разрушается, врезультате чего соседние кристаллиты соприкасаются между собой и срастаются в крупные зерна. Дальнейшее повышение степени деформации приводитк увеличению числа центров кристаллизации, а, следовательно, и числа рекристаллизованных зерен, что при данном объеме тела влечет за собой уменьшение размеров зерен.52С увеличением температуры прочность межкристаллитного веществавсе более уменьшается, и непосредственное соприкосновение кристаллитовпроисходит при все более малых степенях деформации.

Этим объясняется то,что с повышением температуры критическая степень деформации смещается кначалу координат.Что касается относительного роста зерна с увеличением температуры привсех степенях деформации, то это объясняется тем, что с увеличениемтемпературы увеличиваются подвижность атомов и возможность их переходаот деформированных к новым равноосным зернам.Рост новообразованных равноосных зерен происходит не только за счетслияния нескольких мелких зерен в одно крупное, но и за счет перехода атомов одного зерна через границу раздела к другому зерну.

Причем на одномучастке зерно может расти за счет другого зерна, а на другом участке поглощаться другим соседним зерном.В результате рекристаллизационного отжига (вид термообработки поковок) металл, имеющий текстуру деформации, меняет ее на текстуру рекристаллизации, при которой равноосные рекристаллизованные зерна имеют одинаковые направления кристаллографических осей в пространстве. Это объясняетсяпреимущественной ориентировкой кристаллографических осей у зародышейзерен.Величина зерна в конечном продукте играет существенную роль в частимеханических свойств металла. Мелкозернистая структура повышает механическую прочность, усталость и ударную вязкость металла. Поэтому при пластическом деформировании и последующей термообработке необходимо выбирать такие режимы обработки, при которых образовывалась бы мелкозернистая структура.7.3.Виды деформации при обработке давлениемУпрочнение (наклеп) и разупрочнение (рекристаллизация) при обработкедавлением идут во времени с определенными скоростями.

В зависимости оттого, какой процесс будет преобладающим, результат деформации будет различным.По С.И. Губкину различают холодную, неполную холодную, неполную горячую и горячую пластические деформации.Холодную деформацию проводят при температурах ниже температуры возврата, она сопровождается упрочнением и изменением структуры металла.Возврат и рекристаллизация полностью отсутствуют.Неполную холодную деформацию проводят при температурах возврата (0,25-0,3) Тпл.

Рекристаллизация отсутствует, но процесс возврата (снятие напряжений) успевает произойти. Ресурс пластичности у металла выше, а упрочнение практически соответствует упрочнению при холодной обработке.53Неполную горячую деформацию проводят при температурах, близких ктемпературе начала рекристаллизации (0,4 Т пл). Рекристаллизация протекаетнеполностью. Металл одновременно содержит два типа микроструктур, в поковке наряду с упрочненными деформированными зернами имеются разупрочненные рекристаллизованные.

Это приводит к неравномерности деформацийпри обработке.Горячая деформация проводится при температурах выше температуры рекристаллизации. Рекристаллизация успевает произойти полностью, т.е. деформированные искаженные зерна полностью заменяются на новые равноосныезерна. В результате металл получает полностью рекристаллизованную равноосную структуру без каких либо следов упрочнения.Горячая обработка имеет определенные преимущества и недостатки посравнению с холодной.Основные преимущества состоят в следующем.1. Меньшая опасность разрушения.

Благодаря процессу рекристаллизациистановится возможным весьма значительное пластическое формоизменениезаготовки до наступления разрушения. Существует ряд металлов (цинк,вольфрам, молибден и др.), которые ввиду чрезмерной хрупкости в холодном состоянии возможно обрабатывать только в горячем состоянии.2. Возможность применения оборудования меньшей мощности, т. к. в горячем состоянии отсутствует упрочнение и снижается критическое касательное напряжение, необходимое для скольжения.3. Устранение промежуточного отжига.

При холодной деформации и значительном формоизменении накапливаются повреждения, микротрещины идр., что приводит к разрушению металла. Это заставляет повышать ресурспластичности введением в техпроцесс промежуточных отжигов. При горячем деформировании отжиг происходит в процессе самой операции.4. Возможность получать мелкозернистую структуру, которая повышаетпрочность, ударную вязкость и усталостную прочность металла по сравнению с крупнозернистой структурой. Для этого горячую обработку нужнозаканчивать при температурах лишь немного превышающих минимальнуютемпературу рекристаллизации. В этом случае образовавшиеся новые рекристаллизованные зерна не успевают вырасти и структура получается мелкозернистой.5.

Текстура и анизотропия свойств металла, деформированного в горячемсостоянии всегда меньше выражены, чем в тех же самых металлах, деформированных вхолодную.К недостаткам горячего деформирования следует отнести следующее.1.Трудность поддержания постоянной высокой температуры.2.Низкое качество поверхности.3.Снижение точности размеров поковок, необходимость учета усадки, угара.4.Неоднородность структуры и свойств поковок.548. Основные понятия и законы деформирования8.1. Закон наименьшего сопротивленияЛюбая материальная частица деформируемого тела, имеющая возможность движения в разных направлениях, движется в направлении наименьшего сопротивления.Для случая осадки между параллельными бойками перемещение любойточки тела в плоскости, перпендикулярной действию внешней силы, происходит по кратчайшей нормали к периметру сечения.