Разупрочнение (Отдых, возврат) металла

Пластическая деформация металла, сопровождающаяся его деформационным упрочнением в связи с увеличением плотности и торможением дислокаций, искажениями кристаллической решетки, неоднородным распределением внутренних напряжений между отдельными зернами и даже между отдельными зонами поликристаллического конгломерата, формированием остаточных напряжений второго и третьего родов, приводит металл в структурно-неустойчивое, метастабильное состояние. В связи с этим в металле самопроизвольно возникают релаксационные явления разупрочнения (отдыха), возвращающие металл в более устойчивое состояние.

Разупрочнением (отдыхом или возвратом) называется снятие деформационного упрочнения металла, созданного пластической деформацией.

При комнатной температуре разупрочнение наклепанного металла протекает довольно медленно или даже отсутствует (особенно у тугоплавких металлов), однако даже при незначительном подогреве, сообщающем дислокациям и отдельным атомам необходимую подвижность, отдых протекает в полной мере. При этом даже незначительные перемещения атомов могут снять искажения кристаллической решетки. Например, для устранения искажений кристаллической решетки железа достаточно произвести его нагрев до 200-300 градусов, и после этого его механические свойства восстанавливаются такими, какими они были до пластической деформации.

Скорость разупрочнения в значительной степени определяется температурой нагрева металла и степенью его упрочнения. Очевидно, что чем сильнее упрочнен металл, т.е. чем больше он удален от состояния равновесия, тем быстрее и полнее должно протекать его разупрочнение. При данных условиях разупрочнения (температура, степень упрочнения и др.) его степень определяется продолжительностью разупрочнения. Чем больше времени металл подвергается «отдыху», тем полнее (при прочих равных условиях) происходит восстановление свойств, которые он имел до пластической деформации, т.е. тем полнее его разупрочнение.

Разупрочнение металла происходит не только после окончания пластической деформации, но и в период самой деформации. При пластической деформации металла в нем протекают два противоположных по своим результатам процесса - упрочнение и разупрочнение. Это объясняется тем, что пластическая деформация в металле происходит не одновременно во всем объёме, а начинается с наиболее благоприятно ориентированных зерен, упрочняющихся пропорционально степени их деформации. Только после упрочнения наиболее благоприятно ориентированных, следовательно, и наиболее «слабых» зерен в пластическую деформацию вовлекаются и менее благоприятно ориентированные зерна, и пластическая деформация охватывает весь объём металла. В этот момент в ранее деформированных и упрочненных зернах начинается процесс разупрочнения, стимулируемый внешними напряжениями, облегчающими перемещение атомов в решетке. Экспериментально показано, что при подборе соответствующего режима пластической деформации упрочнение металла может полностью сниматься разупрочнением («отдыхом»), протекающим в момент самой деформации. В результате этого деформируемый образец может приобрести текстуру деформации при отсутствии остаточных напряжений, искажений кристаллической решетки и без увеличения сопротивления деформации, т.е. без упрочнения.

Таким образом, степень разупрочнения («отдыха») повышается: а) при возрастании температуры отдыха; б) при увеличении продолжительности отдыха; в) при повышении степени упрочнения; г) при росте величины внешних напряжений, стимулирующих протекание отдыха. Степень разупрочнения снижается при повышении температуры плавления деформируемого металла.

Торможение дислокаций

Взаимодействие дислокаций. В металлах несколько систем плоскостей и направлений скольжения, поэтому дислокации, движущиеся по разным плоскостям и направлениям, пересекаются.

Сила взаимодействия дислокаций зависит от их взаимной ориентации.

Рис. 7.7. Пересечение дислокаций АВ и MN

Торможение границами зерен и блоков. Межзеренная граница - эффективный барьер для дислокаций, так как при переходе через неё изменяется ориентировка плоскостей скольжения, а сама граница представляет собой область с неупорядоченным расположением атомов. Расчеты показывают, что переход дислокации через границу зерна требует напряжения, близкого к пределу теоретической прочности. Поэтому у границы, как у барьера, накапливаются дислокации.