Файл: Новиков, И. И. Теория термической обработки металлов учебник.pdf

первичная рекристаллизация не наблюдается вплоть до точки плавления. Поэтому в данном случае можно говорить, что воз­ врат — это процесс, конкурирующий с рекристаллизацией.

Если же в деформированном металле дислокации распределе­ ны неравномерно, имеются участки с большим избытком дислока­ ций одного знака и ячейки, то ускоренная полигонизация в пред­ почтительных местах приводит к образованию крупных субзерен,, которые растут за счет соседей, быстро «набирают» угловую разориентировку на своей границе и превращаются в центры рекрис­ таллизации. Такая полигонизация является начальным этапом

ности» для более медленной полигонизации, опережая полигонизацию. Это положение характерно для отжига поликристаллов после средних и больших деформаций.

2. Температура начала рекристаллизации

При разработке режимов термической обработки и для других целей необходимо уметь экспериментально фиксировать начало появления рекристаллизованных зерен сравнительно простым ме­ тодом. При решении большинства прикладных задач условное начало рекристаллизации определяют с помощью световой микро­ скопии по появлению первых обычно более светлых равноосных зерен на фоне сильнее травящейся деформированной матрицы или рентгеновским методом по появлению точечных пятен («уко­ лов») на размытых интерференционных линиях рентгенограммы. Каждое такое пятно соответствует отражению рентгеновских лу­ чей от рекристаллизованного зерна размером 2—5 мкм. Световая микроскопия надежно выявляет рекристаллизованные зерна после достижения ими размера 10—60 мкм. Иногда начало рекристал­ лизации определяют по началу интенсивного падения твердости или предела прочности. Но, как будет показано в § 13, этот метод пригоден не для всех материалов.

Температура появления рекристаллизованных зерен, т. е. тем­

пература начала рекристаллизации (ip ), не является физичес­ кой константой, такой как точка плавления или модуль упругос­ ти. В отличие от температуры фазового равновесия температура начала рекристаллизации зависит от времени отжига, что вытека­ ет из анализа рис. 20. Если время отжига составляет 1000 мин, то при температурах 325, 350 и 370°С первичная рекристаллиза­ ция успевает полностью закончиться, а при 310°С она еще толь­ ко начинается. При времени отжига 10 мин начало рекристалли­ зации фиксируется при 370°С, а при более низких температурах новые зерна не обнаруживаются. Следовательно, при длительнос­

ти отжига 1000 мин ip = 310°С, а при 10 мин i" —370°С.

Другой фактор, сильно влияющий на температуру начала ре­ кристаллизации,— степень деформации при обработке давлением.

59

С увеличением степени деформации температура начала рекрис­ таллизации снижается (рис. 25). Объясняется это тем, что с уве­ личением степени деформации растут плотность дислокации и энергия, накопленная при деформации, т. е. возрастает термодина­ мический стимул рекристаллизации. Кроме того, с увеличением степени деформации растет концентрация вакансий, что также способствует зарождению центров рекристаллизации при более низких температурах. Так как плотность дислокаций и соответ­ ственно накопленная при деформации энергия с увеличением сте-

уени деформации растут с затухагием, то и температура начала ре­ кристаллизации снижается при уве­ личении степени деформации с за­ туханием, достигая определенного предела при данном времени отжи­

низшая температура начала рекристаллизации металла или спла­ ва, соответствующая большим деформациям (более 60—70%) и времени отжига 1—2 ч, в определенной мере может служить ха­ рактеристикой материала, и ее будем называть далее температур­ ным порогом рекристаллизации ( + р. на рис. 25) в отличие от лю­

бых других более (Высоких значений /Р)

С повышением чистоты металла температурный порог рекрис­ таллизации снижается:

А. А. Бочвар показал, что между температурным порогом рек­ ристаллизации и температурой плавления металлов имеется прос­ тое соотношение: рекристаллизация начинается при температуре, составляющей одинаковую для всех металлов долю от температу­ ры плавления по абсолютной шкале, а именно

жении температурный порог рекристаллизации по известной темпе­ ратуре плавления металла. Это бывает необходимо, когда нет справочных данных. Например, можно оценить температуру на­ чала рекристаллизации свинца: (327+273) 0,4—273 = —33°.

60

Т а б л и ц а 3

Температурный порог рекристаллизации металлов (1п.р)

На температуру начала рекристаллизации, кроме степени де­ формации, времени отжига и примесей, влияют также темпера­ тура и скорость деформирования и размер зерна перед деформи­ рованием.

Сповышением температуры деформирования температура начала рекристаллизации возрастает. Объясняется это тем, что при более высоких температурах обработки давлением полнее проходят процессы возврата при деформации, меньше накоплен­ ная при деформации энергия, т. е. меньше термодинамический стимул рекристаллизации. Если энергия дефектов упаковки высо­ кая, то полигонизация при горячей деформации может создавав весьма совершенную субзеренную структуру со стабильной сеткой ■малоугловых границ и рекристаллизация при последующем отжи­ ге сильно затруднится.

Сувеличением скорости деформации температура начала рек­ ристаллизации снижается, так как высокоскоростная деформация, например взрывом, создает более высокую общую плотность дис­ локаций и больший избыток дислокаций одного знака.

Измельчение исходного (до деформации) зерна приводит к понижению температуры начала рекристаллизации, так как в бо­ лее мелкозернистом металле больше суммарная площадь высоко­ угловых границ, где зарождаются центры рекристаллизации, и больше накопленная при деформации энергия.

Влияние состава сплава на температуру начала рекристаллизации

Температура начала рекристаллизации сплава зависит от природы легирующего элемента и его концентрации. Наиболее подробно эта зависимость проанализирована С. С. Гореликом.

Даже в однофазной области твердых растворов в двойных сис­ темах зависимость температуры начала рекристаллизации от сос­ тава имеет немонотонный характер (рис. 26). Только в области малых концентраций наблюдается простая закономерность— ма­ лые добавки и примеси почти всегда повышают температуру на-

61

чала рекристаллизации, причем с увеличением их концентрации температура начала рекристаллизации возрастает с затуханием.

Атомы добавки или примеси упруго притягиваются к дислока­ циям, образуя атмосферы Коттрелла. Эти примесные атмосферы

А1 2 k 6 8 fig

мешают перераспределению дислокаций, необходимому для фор­ мирования центров рекристаллизации. Примеси тормозят не толь­ ко зарождение, но и рост центров рекристаллизации, так как они притягиваются к границе зародыша. При нагреве металла до бо­ лее высоких температур примесные атмосферы размываются уси­ ливающимся тепловым движением, в результате чего становится возможным формирование центров рекристаллизации и облегча­ ется их рост. С увеличением концентрации чужеродных атомов участки вблизи дислокаций насыщаются ими, и поэтому возраста­

решетки, где расположен примесный атом, не вызовет объемных искажений. Поэтому температура начала рекристаллизации рас­ тет тем сильнее, чем больше фактор размерного несоответствия атомов основы и добавки.

Наиболее сильно повышают температуру начала рекристалли­ зации элементы, мало растворимые в твердом состоянии в метал­

62