Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация.

Вопросы по курсу «Теория ОМД»

1. Изменение свойств металла в процессе холодной пластической деформации. Деформационное упрочнение.
2. Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве. Возврат, полигонизация, рекристаллизация.

Вопросы по курсу: Термическая обработка металлопродукции»

3. Конструкционные углеродистые стали: строительные, машиностроительные, инструментальные, термическая и термомеханическая обработка изделий.

4. Перлитное превращение и структура перлита. Факторы, влияющие на кинетику перлитного превращения.

 

Вопросы по курсу: «Оборудование цехов ОМД»

3. Назначение и общая характеристика рабочей клети, ее основные элементы, узлы и механизмы. Обозначение рабочих клетей и прокатных станов. Проанализировать устройство рабочей клети 800 (атл., л.70).

4. Классификация рабочих клетей по конструкции, числу и расположению валков. Классифицировать рабочую клеть 1000х600 рельсобалочного стана (атл., л.71).

 

Вопросы по курсу: «Основы технологических процессов ОМД» Ч1. и Ч.2

3. Нагрев исходных заготовок, цели и задачи нагрева. Дефекты нагрева. Температурный интервал деформации.

4. Типы прокатных клетей, применяющиеся в составе толстолистовых станов, их характеристика.

Вопросы по курсу «Теория ОМД»

1. Изменение свойств металла в процессе холодной пластической деформации. Деформационное упрочнение.

С ростом степени холодной пластической деформации усиливаются прочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение и сужение, ударная вязкость). Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла. При неполной холоднойпластической деформации с нагревом чистого металла до температур (0,25...0,30) Tпл, где Tпл – абсолютная температура плавления, одновременно с процессом упрочнения металла возникает явление, называемое отдыхом или возвратом. Оно обеспечивает частичное снятие остаточных напряжений, небольшое восстановление пластических свойств и повышает сопротивление металла коррозии.При неполной горячей пластической деформации с нагревом чистого металла до температуры свыше 0,47Tпл одновременно с процессом упрочнения протекает процесс рекристаллизации — зарождение и рост новых зерен взамен деформированных. После деформации в микроструктуре металла наблюдаются рекристаллизованные (равноосные) и нерекристаллизованные (вытянутые) зерна металла.

Деформационное упрочнение - увеличение сопротивляемости кристалла пластической деформации при активном нагружении. По современным представлениям физики пластичности основная причина упрочнения - затруднение движения дислокаций по кристаллу вследствие увеличения их количества в кристалле и связанного с этим усиления взаимодействия дислокаций друг с другом.

Деформационное упрочнение устойчиво только при сравнительно низких температурах. Нагрев до температуры, превышающей значение одной трети температуры плавления данного металла, приводит к переводу металла в более устойчивое состояние — внутренние напряжения ослабляются, плотность- дислокаций уменьшается. Одновременно происходит повышение пластических свойств металла и уменьшение прочностных характеристик. Этот процесс называют возвратом или отдыхом. Если продолжить нагрев металла, то в нем начинаются более глубокие изменения свойств, называемые рекристаллизацией. Происходят зарождение и рост новых зерен за счет старых (деформированных). Со временем структура металла полностью обновляется, становится более однородной, прочность и пластичность возвращаются к тем значениям, которые металл имел до деформации.

1. Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве. Возврат, полигонизация, рекристаллизация.

Возврат.

Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки.

Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций.

При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков в стенки, деление зерна малоугловыми границами.

↑ Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном металле; б – дислокационные стенки после полигонизации.

 

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный.

Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15)% и повышается пластичность. Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается. Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

↑ Влияние нагрева деформированного металла на механические свойств

 

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация.

Рекристаллизация

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность.

 

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Движущей силой первичной рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Система стремится перейти в устойчивое состояние с неискаженной кристаллической решеткой.

 

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в росте образовавшихся новых зерен.

 

 

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

для металлов: а = 0,4

для твердых растворов: а=0,5...0,8

для металлов высокой чистоты: а=0,1... 0,2

 

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

 

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации.

↑ Влияние предварительной степени деформации металла на величину зерна после рекристаллизации

 

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10%. Такую деформацию называют критической. И такая деформация нежелательна перед проведением рекристаллизационного отжига.

 

Практически рекристаллизационный отжиг проводят дпя малоуглеродистых сталей при температуре 600…700°C, для латуней и бронз – 560…700°C, для алюминевых сплавов – 350…450°C, для титановых сплавов – 550…750°C.

 

Вопросы по курсу: Термическая обработка металлопродукции»

3. Конструкционные углеродистые стали: строительные, машиностроительные, инструментальные, термическая и термомеханическая обработка изделий.

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее дешёвые, технологичные, обладающие необходимыми свойствами при изготовлении конструкций массового назначения. В основном эти стали используют в горячекатанном состоянии без дополнительной термической обработки с ферритно-перлитной структурой. В зависимости от последующего назначения конструкционные углеродистые стали обыкновенного качества подразделяют на три группы: А, Б, В.

Стали группы А поставляются с определёнными регламентированными механическими свойствами. Их химический состав не регламентируется. Эти стали применяются в конструкциях, узлы которых не подвергаются горячей обработке — ковке, горячей штамповке, термической обработке и т. д. В связи с этим механические свойства горячекатаной стали сохраняются.

Стали группы Б поставляются с определённым регламентированным химическим составом, без гарантии механических свойств. Эти стали применяются в изделиях, подвергаемых горячей обработке, технология которой зависит от их химического состава, а конечные механические свойства определяются самой обработкой.

Стали группы В поставляются с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом. Эти стали применяются для изготовления сварных конструкций. Ихсвариваемость определяется химическим составом, а механические свойства вне зоны сварки определены в состоянии поставки. Такие стали применяют для более ответственных деталей.

По степени раскисления углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на спокойные (СП), полуспокойные (ПС), кипящие (КП). Степень раскисления определяется содержанием кремния (Si) в этой стали. Спокойные — 0.012-0.03 % (Si), полуспокойные — 0.05-0.07 % (Si), кипящие — более 0.07 % (Si).

Маркировка

Основные марки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества:

Ст1КП2; БСт2ПС; ВСт3ГПС; Ст4-2; … ВСт6СП3.

· Буква перед маркой показывает группу стали. Сталь группы А — буквой не обозначается.

· Ст — показывает, что сталь обыкновенного качества.

· Первая цифра — номер по ГОСТу (от 0 до 6).

· Буква Г после первой цифры — повышенное содержание марганца (Mn)-(служит для повышения прокаливаемости стали).

· СП; ПС; КП — степень раскисления стали.

· Вторая цифра — номер категории стали (от 1 до 6 — основные механические свойства). Сталь 1-ой категории цифрой не обозначается.

· Тире между цифрами указывает, что заказчик не предъявлял требований к степени раскисления стали.

Применение

· Ст1; Ст2 — проволока, гвозди, заклёпки.

· Ст3; Ст4 — крепёжные детали, фасонный прокат.

· Ст5; Ст6 — слабонагруженные валы, оси.

Перлит

Перлит – англ. pearlite (от франц. perle - жемчуг) – одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов – сталей и чугунов; название предложено Хоу и связано с перламутровым блеском (перлит напоминает перламутр). Перлит представляет собой эвтектоидную

смесь двух фаз – феррита и цементита (в легированных сталях – карбидов). Перлит – продукт эвтектоидного распада аустенита при медленном охлаждении Fe-C-сплавов ниже 723°C. Аустенит (γ-железо) переходит в α-железо, в котором около 0,02% углерода; избыточный углерод выделяется в форме цементита или карбидов.

Структура перлита

В зависимости от формы различают пластинчатый и зернистый перлит. Структура пластинчатого перлита представлена на первом рисунке, структура зернистого перлита - на втором рисунке.

Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.

Таким образом, перлит, сорбит и троостит - это структуры с одинаковой природой (феррит + цементит), продукты распада аустенита, отличающиеся степенью дисперсности феррита и цементита.

Свойства перлита

Свойства перлита зависят от типа, размера и формы цементитных зёрен, от расстояния между пластинами, а также от других факторов. Предел прочности пластинчатого перлита 80 кг/мм, относительное удлинение 10-12%. Прочность и твердость зернистого перлита несколько меньше, зато выше пластические свойства. Благодаря α-железу перлит обладает магнитными свойствами.

Твёрдость перлита

Значения твёрдости перлита, в зависимости от структуры и степени дисперсности могут меняться от При более дисперсном строении перлита твёрдость его повышается. Зависимость твёрдости от межпластинчатого расстояния (S) различных перлитных структур представлена в таблице [3]:

.	Перлит	Сорбит	Троостит
S, мкм	0,6-0,7	0,25	0,1
Твёрдость, HB

Значения твёрдости перлита из различных источников: твёрдость пластинчатого перлита 180-230 HB, твёрдость зернистого перлита 160-190 HB.

Вопросы по курсу: «Основы технологических процессов ОМД» Ч1. и Ч.2

3.Нагрев исходных заготовок, цели и задачи нагрева. Дефекты нагрева. Температурный интервал деформации.

Дефекты нагрева

При нагреве металла в пламенных печах происходят процессы, которые оказывают влияние на дальнейшую обработку и качество металла. Состав печной атмосферы является главным фактором, влияющим на качество нагрева металла. В результате нагрева поверхность металла окисляется и обезуглероживается.

При окислении металла на поверхности заготовки образуется окалина, которая ухудшает качество поверхности и уменьшает линейные размеры заготовки. Поэтому размеры заготовок, подвергаемых нагреву, должны иметь припуск, учитывающий потери металла на угар (окалина).

При нагреве под обработку давлением припуски составляют 2—5%, при термической обработке 0,5—2%, а в общем цикле горячей обработки достигают.7—8%. Из приведенных цифр видно, что потери металла на угар составляют значительную величину.

При температурах 1150—1350°С вместе с процессом окисления металла происходит процесс его интенсивного обезуглероживания, т. е. снижения содержания углерода на поверхности заготовки. Обезуглероживание изменяет механические свойства поверхности нагреваемого металла. С повышением содержания углерода в стали обезуглероживание увеличивается. Инструментальная сталь при обезуглероживании становится мягкой, а инструмент из такой стали — нестойким.

Перегрев приводит к образованию большой величины зерна стали и является исправимым браком, который устраняют повторной термообработкой. Пластические свойства стали в результате перегрева ухудшаются и при деформировании в ней могут возникать трещины.

Если перегретый металл продолжать нагревать в печи длительное время при высоких температурах, то произойдет пережог — окисление границ зерен. Пережог является неисправимым браком. Пережженный металл идет на переплавку.

Для предупреждения указанных дефектов при нагреве металла необходимо соблюдать следующие условия: сжигать топливо с минимально возможным количеством воздуха, что приводит к уменьшению количества свободного кислорода в составе печных газов; размещать в печи заготовки так, чтобы они омывались печными газами, а факелы пламени горелок или форсунок не были направлены на заготовки.

Интервалгорячей пластической деформации 1180 - 850 С. Пригорячей пластической деформации температура начала прокатки, ковки и других операций должна обеспечивать возможно более полное превращение аустенита в б-феррит во избежание образования трещин или рванин. Присутствие аустенита в стали в момент пластической деформации способствует возникновению дефектов вследствие различия фазовых составляющих по физическим свойствам, а также прочности и пластичности. По данным А. А. Бабакова [70], необходимо, чтобы в начале горячей пластической деформации сталь содержала не более 8 - 10 %, а в конце ее 25 - 30 % аустенита. Особенно важно соблюдать эти условия при горячей прокатке на непрерывных станах и горячей прошивке труб

 

4. Типы прокатных клетей, применяющиеся в составе толстолистовых станов, их характеристика.

Вопросы по курсу: «Оборудование цехов ОМД»

3. Назначение и общая характеристика рабочей клети, ее основные элементы, узлы и механизмы. Обозначение рабочих клетей и прокатных станов. Проанализировать устройство рабочей клети 800 (атл., л.70).

 

Назначение рабочей клети — осуществлять процесс деформации металла в соответствии с заданным режимом.

 

Общая характеристика рабочей клети, рассказать про:

-количество и расположение валков(горизонтальное вертикальное).

-тип (реверсивная или нет)

-привод валков(индивидуальный или нет)

-как осуществляется передача крутящего момента на валки от двигателя.

-указать диаметры валков и материал из которого они изготовлены.

-рассказать про другие узлы и механизмы (устройство осевой регулировки, нажимные устройства, подшипники.

 

 

Основные элементы рабочей клети:

• Плитовины
• Станины
• Нажимные и уравновешивающие устройства
• Подушки и валки
• Подшипики
• Шестеренные клети
• Шпиндельные устройства
• Механизмы для перевалки валков

4. Классификация рабочих клетей по конструкции, числу и расположению валков. Классифицировать рабочую клеть 1000х600 рельсобалочного стана (атл., л.71).

По расположению и количеству валков в рабочих клетях и их конструкции прокатные станы делятся на несколько групп: двух-, трех-, четырех- и многовалковые, универсальные специальной конструкции.

Двухвалковые клети наиболее распространены, и бывают реверсивные и нереверсивные. В реверсивных клетях валки имеют переменное направление вращения. Прокатываемый металл проходит между валками вперед и назад нужное количество раз, а валки соответственно изменяют направление вращения, реверсируются. Реверсивные двухвалковые клети применяют в обжимных, толстолистовых, сортовых и листовых станах.
В нереверсивных двухвалковых клетях валки имеют постоянное вращение в одну сторону. Прокатываемый металл проходит между валками такой клети только один раз и в одном направлении. Нереверсивные клети применяют в линейных многоклетевых, последовательных, полунепрерывных и непрерывных прокатных станах при производстве заготовок, сортового проката, катанки, листа.

В трехвалковых клетях оси валков расположены в одной вертикальной плоскости и имеют постоянное направление вращения. Трехвалковые клети нашли широкое применение при производстве сортового проката. Прокатываемый металл движется в одну сторону между нижним и средним валками и в обратную сторону - между средним и верхним. Для подъема металла на верхний уровень и его задачи между верхним и средним валками перед клетью или позади ее устанавливают подъемно-качающиеся столы.
При производстве листа также применяют трехвалковые клети, но со средним валком меньшего диаметра, чем нижний и верхний. Средний валок является неприводным и в процессе прокатки прижимается то к верхнему, то к нижнему валку.
Так же как и при производстве сортового проката, перед клетью и позади нее устанавливают подъемно-качающиеся столы. Поскольку трехвалковые клети обладают небольшой производительностью и малой жесткостью валковой системы, в последнее время их применяют все реже.

В четырехвалковых клетях, как и в трехвалковых, валки также расположены в одной вертикальной плоскости один над другим. В этих клетях два валка 1 являются рабочими, а два других 2 - опорными. Рабочие валки имеют меньший диаметр и размещены в середине клети, опорные валки имеют больший диаметр и расположены сверху и снизу. Опорные валки предназначены для уменьшения прогиба рабочих валков и для увеличения жесткости валковой системы. Приводными валками в клетях кварто являются рабочие валки. Станы с четырехвалковыми клетями получили широкое распространение для горячей и холодной прокатки толстых и тонких листов, широких полос и лент.
С использованием четырехвалковых клетей прокатка осуществляется на непрерывных многоклетевых и одноклетевых станах. Четырехвалковые нереверсивные клети используют на непрерывных станах. Реверсивные четырехвалковые клетииспользуют в одноклетевых станах горячей и холодной прокатки.

К многовалковым клетям относятся шести-, двенадцати- и двадцативалковые клети.
Шестивалковые клети имеют два рабочих приводных валка 1 и четыре опорных 2. Эти клети отличаются повышенной жесткостью самой клети и меньшим прогибом опорных валков. Благодаря этому клети используют для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах с точными допусками по толщине. Однако поскольку преимущества этих клетей по сравнению с четырехвалковыми клетями невелики, а конструкция их сложнее, то значительного распространения они не получили.

Широко применяются в прокатном производстве двенадцативалковые и двадцативалковые клети.
Такое усложнение конструкций рабочих клетей оправдывается рядом преимуществ, которые выражаются в жесткой конструкции валковой системы и всей рабочей клети. Это позволяет применять их для производства тонкой и тончайшей ленты. Диаметры рабочих валков 1 в таких многовалковых клетяхнезначительны и лежат в пределах от 3 до 50 мм. Они являются неприводными и опираются на ряд приводных валков 2 с большим диаметром, а последние, в свою очередь, на ряд опорных валков.

Универсальные клети имеют горизонтальные 3 и вертикальные 4 валки, расположенные в одной вертикальной плоскости. Обжатие металла осуществляется горизонтальными и вертикальными валками одновременно.
Такие клети применяются в универсальных балочных клетях (рисунок справа), где вертикальные валки неприводные. Эти клети применяют только для прокатки широполочных двутавровых балок (высота балок до 1000 мм, ширина полок до 400 мм). Но последнее время их начинают использовать и для прокатки других профилей (рельсов, универсальных листов и др.). Кроме того, универсальные (обычные) клети применяют как реверсивные двухвалковые (в слябингах) или четырехвалковые (в черновых широкополосных станах) клети. В этих клетях вертикальные плоскости, в которых размещены или горизонтальные, или вертикальные валки, находятся на некотором близком расстоянии друг от друга.
В этих клетях обжатие прокатываемого металла осуществляется и горизонтальными и вертикальными валками. При этом вертикальные валки располагают с передней или задней стороны рабочей клети, и задачу которых входит получение ровных и гладких боковых граней прокатываемого металла.

Клети специальной конструкции имеют самое различное расположение валков. К этой группе относятся колесопрокатные, бандажепрокатные, кольцепрокатные, шаропрокатные станы, а также станы для прокатки профилей переменного и периодического сечения, шестерен и других изделий

 

Вопросы по курсу «Теория ОМД»

1. Изменение свойств металла в процессе холодной пластической деформации. Деформационное упрочнение.
2. Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве. Возврат, полигонизация, рекристаллизация.

Вопросы по курсу: Термическая обработка металлопродукции»

3. Конструкционные углеродистые стали: строительные, машиностроительные, инструментальные, термическая и термомеханическая обработка изделий.

4. Перлитное превращение и структура перлита. Факторы, влияющие на кинетику перлитного превращения.

 

Вопросы по курсу: «Оборудование цехов ОМД»

3. Назначение и общая характеристика рабочей клети, ее основные элементы, узлы и механизмы. Обозначение рабочих клетей и прокатных станов. Проанализировать устройство рабочей клети 800 (атл., л.70).

4. Классификация рабочих клетей по конструкции, числу и расположению валков. Классифицировать рабочую клеть 1000х600 рельсобалочного стана (атл., л.71).

 

Вопросы по курсу: «Основы технологических процессов ОМД» Ч1. и Ч.2

3. Нагрев исходных заготовок, цели и задачи нагрева. Дефекты нагрева. Температурный интервал деформации.

4. Типы прокатных клетей, применяющиеся в составе толстолистовых станов, их характеристика.

Вопросы по курсу «Теория ОМД»

1. Изменение свойств металла в процессе холодной пластической деформации. Деформационное упрочнение.

С ростом степени холодной пластической деформации усиливаются прочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение и сужение, ударная вязкость). Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла. При неполной холоднойпластической деформации с нагревом чистого металла до температур (0,25...0,30) Tпл, где Tпл – абсолютная температура плавления, одновременно с процессом упрочнения металла возникает явление, называемое отдыхом или возвратом. Оно обеспечивает частичное снятие остаточных напряжений, небольшое восстановление пластических свойств и повышает сопротивление металла коррозии.При неполной горячей пластической деформации с нагревом чистого металла до температуры свыше 0,47Tпл одновременно с процессом упрочнения протекает процесс рекристаллизации — зарождение и рост новых зерен взамен деформированных. После деформации в микроструктуре металла наблюдаются рекристаллизованные (равноосные) и нерекристаллизованные (вытянутые) зерна металла.

Деформационное упрочнение - увеличение сопротивляемости кристалла пластической деформации при активном нагружении. По современным представлениям физики пластичности основная причина упрочнения - затруднение движения дислокаций по кристаллу вследствие увеличения их количества в кристалле и связанного с этим усиления взаимодействия дислокаций друг с другом.

Деформационное упрочнение устойчиво только при сравнительно низких температурах. Нагрев до температуры, превышающей значение одной трети температуры плавления данного металла, приводит к переводу металла в более устойчивое состояние — внутренние напряжения ослабляются, плотность- дислокаций уменьшается. Одновременно происходит повышение пластических свойств металла и уменьшение прочностных характеристик. Этот процесс называют возвратом или отдыхом. Если продолжить нагрев металла, то в нем начинаются более глубокие изменения свойств, называемые рекристаллизацией. Происходят зарождение и рост новых зерен за счет старых (деформированных). Со временем структура металла полностью обновляется, становится более однородной, прочность и пластичность возвращаются к тем значениям, которые металл имел до деформации.

1. Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве. Возврат, полигонизация, рекристаллизация.

Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация.

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. Переход к равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов.

 

При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго.

 

При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация.

Возврат.

Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки.

Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций.

При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков в стенки, деление зерна малоугловыми границами.

↑ Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном металле; б – дислокационные стенки после полигонизации.

 

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный.

Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15)% и повышается пластичность. Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается. Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

↑ Влияние нагрева деформированного металла на механические свойств

 

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация.

Рекристаллизация

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность.

 

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Движущей силой первичной рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Система стремится перейти в устойчивое состояние с неискаженной кристаллической решеткой.

 

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в росте образовавшихся новых зерен.

 

 

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

для металлов: а = 0,4

для твердых растворов: а=0,5...0,8

для металлов высокой чистоты: а=0,1... 0,2

 

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

 

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации.

↑ Влияние предварительной степени деформации металла на величину зерна после рекристаллизации

 

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10%. Такую деформацию называют критической. И такая деформация нежелательна перед проведением рекристаллизационного отжига.

 

Практически рекристаллизационный отжиг проводят дпя малоуглеродистых сталей при температуре 600…700°C, для латуней и бронз – 560…700°C, для алюминевых сплавов – 350…450°C, для титановых сплавов – 550…750°C.

 

Вопросы по курсу: Термическая обработка металлопродукции»

3. Конструкционные углеродистые стали: строительные, машиностроительные, инструментальные, термическая и термомеханическая обработка изделий.

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее