Содержание:

Описание процесса

Зерна металла, который был подвергнут деформированию, приобретают структурную нестабильность. При определённой температуре (её значения для разных металлов приведены выше) подвижность атомов достигает таких амплитуд, которые провоцируют появление зон с новыми недеформированными зёрнами. Соответственно этому возникают новые центры кристаллизации.

температура рекристаллизации

Источниками формирования таких зёрен могут являться микроостатки прежних частиц металла, которые представляют собой, обломки пластически деформированных зёрен, в частности тех, местонахождение которых приходится на плоскости скольжения/сдвига.

В процессе рекристаллизации форма частиц деформированного металла изменяется сообразно основному виду деформации заготовки. Например, для проволоки, подвергаемой волочению, уменьшается площадь поперечного сечения, но, согласно закону постоянства объёма, увеличивается длина проволоки.

Рассматриваемый процесс упрочняет материал, поэтому для противодействия этим эффектам используется термообработка.

При нагревании стальной заготовки до 650°C процесс рекристаллизации происходит под влиянием элементов, возникающих во время деформации. На этой стадии из удлиненных зёрен деформируемого материала получают небольшие, приблизительно равноосные зерна. Затем размер зерна материала регулируется путем его нагревания до 1000°C, когда процессы диффузии протекают быстрее. Эти процессы вызывают рост крупных частиц и растворение мелких. Время и температурная обработка используются для контроля конечного размера частиц и достижения желаемых механических свойств металла: предела текучести, твёрдости, пластичности и вязкости.

рекристаллизация сплавов

Стадии рекристаллизации

Рекристаллизация может происходить в двух основных условиях: статическом и динамическом.

Главным фактором выступает температура рекристаллизации. Статика в основном возникает при отсутствии пластичности. Наиболее частым случаем статики является нагрев холоднодеформированного металла, приводящий к рекристаллизованной микроструктуре. Динамическая рекристаллизация протекает с сопутствующей ей пластичностью. От статической она отличается тем, что более чувствительна к скорости предшествующей деформации, но нечувствительна к предварительной деформации и температуре.

Процесс имеет три стадии:

  1. Малые деформации (до 2…5 %), когда рост зёрен практически не заметен, а влияние температуры незначительно.
  2. Резкий скачкообразный рост зёрен при соответствующем увеличении количество центров кристаллизации. Движение частиц усложняется, что приводит к быстрому повышению прочности металла и напряжений, необходимых для его деформирования.
  3. Монотонное снижение прочностных показателей, когда рост центров кристаллизации компенсируется уменьшением размеров частиц.

Для динамической кристаллизации характерен один пик напряжений, когда прочностные характеристики материала достигают своего максимума, а затем снижаются (это явление называют разупрочнением). Оно связано с зарождением растущих новых зерен, которые уничтожают дислокации во время роста. Иногда динамическая рекристаллизация может начаться задолго до пиковых значений напряжения.

рекристаллизация стали

В некоторых случаях единственный пик в зависимости напряжения от деформации металла не наблюдается, зато очевидны множественные пики, приводящие к появлению волнообразных колебаний зависимости напряжения от деформации, которые затухают до эффективного устойчивого состояния. Такое циклическое поведение указывает на то, что происходит укрупнение зерна.

Динамический вариант данного явления может происходить с более умеренными скоростями, которые приближаются к таковым в обычных условиях ползучести.

процессы рекристаллизации

На макроструктурном уровне деформированные частицы становятся заметно вытянутыми в направлении рабочих усилий, причём их форма сильно искажается. Это искажение проявляется в изгибе двойников отжига и неравномерностью травления, вызванной локальными деформационными неоднородностями.

Рекристаллизация стали (особенно в холоднодеформированном состоянии) сопровождается такими явлениями:

  • повышением плотности дислокаций, а также плотности точечных дефектов - вакансий и междоузлий;
  • снижением сопротивления коррозии;
  • увеличением твёрдости;
  • ростом значений удельного электросопротивления.

Если это нежелательно, то после деформирования предусматривают рекристаллизационный отжиг.