Отдых и рекристаллизация. Общие сведения.

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:

T_рек = a T_пл

· 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.

Рисунок 4 — 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.

Кристаллизация сплавов. Кристаллизация металлов и сплавов.

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

Искажение кристаллической решетки тела в процессе холодной пластической деформации вызывает появление термодинамической неустойчивости металла. Атомы в такой решетке имеют тенденцию к пе­рестройке, вследствие которой они приближались бы к состоянию с ми­нимумом свободной энергии. В силу этого холоднодеформированный металл даже после некоторого «вылеживания» в той или иной мере восстанавливает свои свойства: твердость и прочность уменьшаются, улучшается пластичность и меняются другие свойства. Заметного из­менения размеров зерна или видимой микроструктуры в данном слу­чае не наблюдается, но имеет место устранение локальных искажений кристаллического строения и снятие макро- и микроскопических на­пряжений. Совокупность указанных изменений в холоднодеформиро-ванном металле называют отдыхом, или возвратом.

Отдых.при комнатных температурах, за исключением таких метал­лов, как олово, свинец и другие с низкой температурой плавления, выполняется весьма медленно. При увеличении температуры металла время отдыха заметно уменьшается. Академик А. А. Бочвар указывает, что наиболее интенсивно в чистых металлах возврат выполняется при температуре

Т₀ = (0,25-0,30) Т_пл,

где Т₀ — абсолютная температура отдыха;

^пл — абсолютная температура плавления данного металла.

Повышение температуры металла увеличивает амплитуду тепло­вых колебаний его атомов, а это меняет как поведение отдельных ато­мов, так и их взаимодействие друг с другом, поскольку имеет место значительное увеличение скорости диффузионных процессов и в связи с этим создание благоприятных условий для роста зерна. В любом кристаллическом теле, представляющем собой изолированную систе­му, согласно второму закону термодинамики совершаются процессы

с уменьшением свободной энергии. Наиболее заметное понижение энер­гии поликристалла при повышенной температуре происходит благо­даря сокращению границ его зерен, т. е. при объединении зерен в бо­лее крупные образования, ибо положение любого атома внутри боль­шого зерна соответствует меньшей энергии, чем внутри меньшего.

Такого рода процессы, при которых наблюдаются образование и рост новых кристаллов путем перехода атомов от одного кристалла к другому, называются рекристаллизацией.