2.3.Упрочнение при пластической деформации

Деформация металлов приводит к увеличению плотности дислокаций. Это затрудняет их движение и приводит к изменению механических, физических и химических свойств металла. Совокупность данных явлений называется упрочнением или наклепом. Исследованиями показано, что критическое касательное напряжение пропорционально корню квадратному из плотности дислокаций: , где - плотность дислокации.

При образовании текстуры изменяются упругие постоянные, что связанно с проявлением анизотропии. Большое количество дефектов приводит к изменению электрического сопротивления. Сильно изменяются магнитные свойства некоторых металлов, резко уменьшается их коррозионная стойкость. Для устранения растрескивания металлов в присутствии кислот, щелочей, во влажной атмосфере необходимо отжечь металл.

Установлено влияние деформации на сопротивление деформации, ресурс пластичности, твердость.

2.4. Фазовые превращения при деформации

Под влиянием холодной обработки фазовое состояние может изменяться. При деформации нержавеющей стали с решеткой гранецентрированного куба, происходит выделение -фазы, имеющей решетку объемно-центрированного куба.

Происходит распад мартенсита, при деформации стали закаленной на мартенсит с выделением дисперсных карбидных частиц по плоскостям скольжения. За счет диффузии атомов под влиянием неоднородного напряженного состояния происходит распад пересыщенных твердых растворов. Это приводит к неоднородности химического состава.

2.5. Нагрев и разупрочнение деформируемых металлов

При нагревании деформированного металла, возникают разупрочняющиеся процессы, а именно возврат и рекристаллизация. Упрочняющие процессы и разупрочняющиеся протекают в деформируемом металле одновременно.

В результате нагрева до температуры выравниваются упругие искажения кристаллической решетки, что приводит к изменению субструктуры. Этот процесс называется возвратом. Упорядочение кристаллической решетки происходит в пределах субзерен и не вызывает структурных изменений. Механические свойства при возврате изменяются незначительно. Возврат протекает во времени с некоторой скоростью. С увеличением температуры скорость возврата увеличивается. Повышение скорости деформации снижает эффект возврата.

В процессе возврата различают две стадии: отдых и полигонизацию. Нагрев до температуры , выдержка и охлаждение приводит к отдыху. Уменьшается количество точечных дефектов, межузельные атомы занимают место вакансий. Существенно изменяются только физические свойства, например электропроводность.

После нагрева до температуры выдержки и охлаждения происходит полигонизация. Существенным образом изменяется субструктура, снижается концентрация вакансий и плотность дислокаций, образуются субграницы. Несколько снижается предел текучести и твердость, повышается пластичность.

При повышении температуры сверх температуры возврата начинается процесс рекристаллизации. Рекристаллизация при пластической деформации заключается в появлении зародышей и росте новых зерен взамен деформируемых. Новые зерна равноосны, т.е. имеют одинаковые размеры по всем направлениям. Процесс рекристаллизации идет во времени с некоторой скоростью, которая зависит от температуры и степени деформации. Чем выше температура и степень деформации, тем выше скорость рекристаллизации. Для металлов технически чистых .

Различают три стадии рекристаллизации: первичную, собирательную и вторичную рекристаллизацию.

Первичная рекристаллизация – это процесс образования устойчивых зародышей, из которых растут новые зерна.

Собирательной рекристаллизации способствует диффузия, которая с повышением температуры возрастает. Диффузия – это перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояние, превышающее параметр решетки. Подвижные атомы из состояния неустойчивого равновесия искаженных решеток переходят в состояние устойчивого равновесия неискаженных решеток зародышей новых зерен. Этот процесс называется собирательной рекристаллизацией. Способствует увеличению размеров новых зерен. Равновесие наступит тогда, когда новые рекристаллизационные зерна полностью поглотят те, которые были в структуре металла до рекристаллизации. В большинстве случаев процесс рекристаллизации на этом завершается.

Однако при увеличении температуры некоторые зерна могут расти за счет других. Эта третья стадия называется вторичной рекристаллизацией. Размеры равноосных зерен зависят от температуры, степени деформации. Величина зерна может быть определена объемными диаграммами рекристаллизации второго рода, рис.2.5.

Рис.2.5. Диаграмма рекристаллизации низкоуглеродистой стали.

С увеличением степени деформации размер зерна уменьшается. Однако существует пороговая или критическая деформация, при которой происходит резкое увеличение размера зерна . Для чистых металлов , для сплавов . В зависимости от природы металла, предшествующей деформации, температуры и продолжительности нагрева разупрочняющие процессы могут приводить к глубоким изменениям структуры, механических и физических свойств металла.