Отдых и рекристаллизация

Пластическая деформация придает металлу неустойчивое состояние благодаря искажению кристаллической решетки и появлению внут­ренних напряжений. Наклепанный металл даже при комнатной темпе­ратуре претерпевает превращения, возвращающие металл в более устойчивое состояние. Для ускорения этих процессов повышают температуру.

Нагрев наклепанного металла до температуры 0,25—0,40 Гпл (в градусах Кельвина) устраняет остаточные искажения кристалличе­ской решетки, что приводит к некоторому снижению твердости и прочности и повышению пластичности. Отдыхом, или возвратом, на­зывают частичное восстановление механических свойств в результате снятия остаточных искажений кристаллической решетки без заметных изменений структуры.

При более высоких температурах вместо деформированных, вытя­нутых зерен постепенно образуются новые равноосные. При этом металл полностью разупрочняется; механические и физические его свойства достигают исходных значений. Такой процесс называют ре­кристаллизацией.

Температура начала рекристаллизации зависит от природы металла, степени его наклепа и других факторов. Чем больше, как правило, степень деформации, тем ниже температура рекристаллизации.

В процессе рекристаллизации металлов, аналогично процессу кристаллизации, возникают новые зародыши (центры кристалли­зации) с последующим их ростом. Рекристаллизацию, при которой деформированные зерна заменяются новыми стабильными, называют рекристаллизацией обработки.

При более высоких температурах происходит рост одних рекристаллизованных зерен за счет других. Этот процесс называют собирательной рекристаллизацией.

Температуру рекристаллизации определяют в зависимости от абсолютной (термодинамической) температуры плавления ТпЛ металла. Размер зерен после рекристаллизации зависит от температуры рекристаллизации и степени предшествующей пластической деформа­ции. Чем выше температура рекристаллизации, тем больше размер зерен. Степень деформации, при которой получаются крупные рекрис­талл изованные зерна, называют критической.

Изменение размера зерен в зависимости от предшествующей сте­пени деформации объясняется различным механизмом их образова­ния. Увеличение степени деформации приводит к росту плотности дислокаций преимущественно в объемах, прилегающих к границам зерен. При небольшой степени деформации плотность дислокаций воз растает незначительно, что практически не влияет на размер зерен после рекристаллизации.

При критической степени деформации плотность дислокаций на границах зерен достигает таких значений, при которых возможно взаимное уничтожение дислокаций. Это способствует постепенному уменьшению дислокаций на границах зерен и слиянию нескольких небольших зерен в одно более крупное. При степени деформации больше критической новые зерна образуются путем зарождения цент­ров кристаллизации с последующим их ростом. Зависимость между размером зерна, температурой нагрева и степенью деформации для каждого металла можно проследить на его пространственной диа­грамме рекристаллизации.

Многие металлы можно пластически деформировать в холодном состоянии, т. е. при температурах ниже температуры рекристаллиза­ции, и в горячем состоянии — заканчивая процесс деформации выше этой температуры. Эти два способа по-разному влияют на струк­туру и свойства деформируемого металла. Как уже отмечалось, после холодной пластической деформации структура металла становится волокнистой; под влиянием наклепа металл упрочняется, а его вяз­кость и пластичность ухудшаются. В таком состоянии металл термо­динамически неустойчив и обладает повышенным запасом внутренней энергии. Последующий нагрев позволяет вернуть металл в более устойчивое состояние, что связано, в частности, с разупрочнением.

Горячая пластическая деформация улучшает свойства металла: повы­шается его плотность, завариваются усадочная и газовые раковины, уничтожается дендритная структура.

Иногда применяют неполную горячую обработку (полугорячую, теплую), основной признак которой — окончание деформации при температуре несколько ниже температуры рекристаллизации.