При отдыхе холоднодеформированного металла происходит
16. Превращения при нагреве холоднодеформированных металлов, изменения структуры при этих превращениях.
Структура холоднодеформированных металлов термодинамически неустойчива, она характеризуется повышенной энергией. При нагреве при увеличении диффузионной подвижности атомов становятся возможными процессы, уменьшающие свободную энергию Гиббса, повышение которой вызывается повышенной плотностью дефектов кристаллического строения и остаточными напряжениями, возникающими при х.п.д. Наиболее подвижными дефектами являются точечные , затем линейные, и самыми малоподвижными — поверхностные (в первом приближении).
Процессы при отжиге принято разделять на несколько стадий, в функции повышения температуры, хотя эти стадии могут идти (и идут, как правило, параллельно).
1. Возврат, подразделяющийся в свою очередь на :
2. Рекристаллизация, подразделяющаяся на :
а) рекристаллизацию обработки
б) собирательною рекристаллизацию
в) вторичную рекристаллизацию
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 – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций.
Рекристаллизация – Процесс зарождения и роста новых зерен, с исходной, до деформации, плотностью дефектов кристаллического строения. Движущий термодинамический стимул – уменьшение объемной энергии Гиббса.
Собирательная рекристаллизация – Процесс укрупнения зерна. Движущий термодинамический стимул – уменьшение поверхностной энергии границ зерен.
Вторичная рекристаллизация – процесс лавинообразного роста одних зерен за счет соседних.
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 
для твердых растворов 
для металлов высокой чистоты 
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 (рис. 8.6).
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 для малоуглеродистых сталей при температуре 600…700 o С, для латуней и бронз – 560…700 o С, для алюминиевых сплавов – 350…450 o С, для титановых сплавов – 550…750 o С.
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 (рис.8.4). 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 (рис.8.5 а). Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.
17. Горячая обработка металлов. Изменения структуры и свой ств пр и горячей пластической деформации.
Под горячей деформацией стали в состоян ии ау стенита подразумевают ее деформацию при температуре выше A с3 в доэвтектоидной стали и выше Аст в заэвтектоидной. В обоих случаях деформируют аустенит. Дендритная неоднородность (ликвация) сохраняется и в деформированных зернах аустенита. В результате оси дендритов становятся как бы волокнами, а между ними располагаются межосные пространства, обогащенные растворимыми и нерастворимыми примесями. При изучении макроструктуры продольного среза горячедеформированного прутка (полосы, листа) промежутки между волокнами легче вытравливаются и в рельефе остаются волокна. При сильно выраженной ликвации формируется грубое волокно и излом называют шиферным. У металла с волокнистой структурой механические свойства различны в продольном и поперечном направлениях обработки давлением, причем в поперечном направлении свойства ниже. В отдельных случаях, например для плоских пружин, волокнистый излом желателен.
При микроисследовании медленно охлажденной доэвтектоидной стали с волокнистым изломом обнаруживается полосчатая микроструктура, чередуются полосы, содержащие преимущественно феррит или перлит. Последний образуется из аустенита, обогащенного углеродом, там, где были оси дендритов, а феррит — в местах, обогащенных серой, фосфором и другими примесями. Наличие фосфора в межосных пространствах препятствует выравниванию концентрации углерода в в аустените и при его распаде перлит и феррит обособляются в виде полос. При горячей деформации некоторые включения, такие как сульфиды и силикаты, пластичны и вытягиваются вдоль обработки. Действуя как зародыши, они также способствуют обособлению феррита, который при охлаждении выпадает из аустенита в первую очередь и кристаллизуется на них в виде полос.
В том случае, если включения не пластичны при температуре горячей деформации, они располагаются в виде скоплений, образующих строчки вдоль направления обработки. Так ведут себя, в частности, вторичные карбиды в заэвтектоидной стали и особенно в легированной, содержащей вторичные и эвтектические карбиды. Это так называемая строчечная структура, основная ее часть занята ферритно-карбидной составляющей эвтектоидного происхождения, имеются строчки избыточных, вторичных и эвтектических карбидов.
Горячая деформация характеризуется таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекристаллизация успевает произойти во всём объёме заготовки. Кристаллическая структура материала после обработки давлением оказывается практически равноосной , без следов упрочнения.
При горячей деформации сопротивление деформированию на порядок меньше, чем при холодной деформации, поэтому горячую деформацию применяют:
· для изготовления крупных заготовок, т.к. для деформации нагретых заготовок требуется менее мощное оборудование
· при обработке давлением труднодеформируемых малопластичных металлов и сплавов
· при обработке крупных заготовок из литого металла (слитков)
Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.
18. Дислокационные структуры деформированных металлов.
Вероятно, вот это надо написать и сказать, что при увеличении плотности дислокаций увеличивается и прочность металла, также, что барьерами для движения дислокаций являются 1) границы зерен 2) примесные атомы 3) атмосферы Котрелла 4) мелкодисперсные частицы 5) скопление других дислокаций.
Стадия легкого скольжения. Металлографически выделяется в виде параллельных полос скольжения. Эти полосы представляют собой ступеньки на поверхности кристалла с высокой до 5 нм, расстояние между отдельными плоскостями 20-30 нм.
На этой стадии активной является только одна система скольжения.
Это стадия линейного упрочнения. Коэффициент деформационного упрочнения (угол наклона) имеет постоянное значение.
2-ая стадия начинается тогда, когда внешнее напряжение достигнет такого значения, что движение дислокаций (скольжение) начинается по вторичным плоскостям, то есть в проце сс вст упают другие системы скольжения, а первичные оказываются блокированными. На этой стадии дислокации имеют достаточно короткий свободный пробег.
Упрочнение обусловлено взаимодействием скользящих дислокаций с дислокационными барьерами.
Для этой стадии также характерна активная работа источников Франка-Рида (резко увеличивается плотность дислокаций, в большом количестве образуются «сидячие» дислокации), происходит наиболее активное упрочнение в монокристалле. Активный вклад вносят пересечение винтовых дислокаций между собой, так как в результате образуется два порога, которые очень малоподвижны (см. выше).
Стадия 3 (динамический возврат):
При достижении определенного значения τ3 происходит качественное изменение в поведении дислокаций – они начинают огибать барьеры.
Для этой стадии характерно: резкое уменьшение коэффициента деформационного упрочнения; развитие процессов поперечного скольжения.
По завершению стадии формируется ячеистая слабоориентированная (доли градуса) структура. Стадия предшествует разрушению кристалла.
19. Текстуры деформированных и рекристаллизованных металлов.
Рассмотрим холодную пластическую деформацию поликристалла. Пластическая деформация металлов и сплавов как тел поликристаллических, имеет некоторые особенности по сравнению с пластической деформацией монокристалла.
Деформация поликристаллического тела складывается из деформации отдельных зерен и деформации в приграничных объемах. Отдельные зерна деформируются скольжением и двойникованием, однако взаимная связь зерен и их множественность в поликристалле вносят свои особенности в механизм деформации.
Плоскости скольжения зерен произвольно ориентированны в пространстве, поэтому под влиянием внешних сил напряжения в плоскостях скольжения отдельных зерен будут различны. Деформация начинается в отдельных зернах, в плоскостях скольжения которых возникают максимальные касательные напряжения. Соседние зерна будут разворачиваться и постепенно вовлекаться в процесс деформации. Деформация приводит к изменению формы зерен: зерна получают форму, вытянутую в направлении наиболее интенсивного течения металла (поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации). Изменение структуры при деформации показано на рис. 8.1.
Металл приобретает волокнистое строение. Волокна с вытянутыми вдоль них неметаллическими включениями являются причиной неодинаковости свой ств вд оль и поперек волокон. Одновременно с изменением формы зерен в процессе пластической деформации происходит изменение ориентировки в пространстве их кристаллической решетки.
Когда кристаллические решетки большинства зерен получают одинаковую ориентировку, возникает текстура деформации.
Текстура деформации создает кристаллическую анизотропию, при которой наибольшая разница свой ств пр оявляется для направлений, расположенных под углом 45 o друг к другу. С увеличением степени деформации характеристики пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость) уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести, предел прочности) и твердость увеличиваются (рис. 8.2). Также повышается электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность, магнитная проницаемость.
Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют деформационным упрочнением или наклепом.
Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций: 
Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений.
20. Принципы построения структурных диаграмм многокомпонентных сталей.
Cr экв =ECr=Cr + 2Si + 1,5Mo + 5V + 5,5Al + 1,75Nb + 1,5Ti + 0,75W
Ni экв =ENi=Ni + 0,5Mn + 30C + 30N + 0.3Cu
Построенные таким образом диаграммы (структурные) справедливы для определенного состояния (рис.8).
21. Влияние легирующих элементов на структуру сталей.
Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций (А = 911oС, А =1392oС). В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо – легирующий элемент (рис. 17.1) Большинство элементов или повышают А и снижают А , расширяя существовавшие γ –модификации (рис.17.1.а), или снижают А4 и повышают А , сужая область существования γ – модификации (рис.17.1.б).
Рис. 17.1. Схематические диаграммы состояния Fe – легирующий элемент. а – для элементов, расширяющих область существования γ –м одификации; б – для элементов, сужающих область существования γ –модификации.
Свыше определённого содержания марганца, никеля и других элементов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, – состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления, такие сплавы на основе железа называются аустенитными . При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку. Выше определённого предела устойчивым при всех температурах является α – состояние. Такие сплавы на основе железа называются ферритными. Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.
Подавляющее количество л.э. уменьшают растворимость углерода в аустените и концентрацию углерода в эвтектоидной стали, т.е. сдвигают точки E и S влево (исключение – сильные карбидообразователи типа V и Ti ); элементы, расширяющие g — область снижают температуру А1(например, Ni , Mn ); элементы, сужающие g -область – повышают температуру А1 (например, Cr , Si ).
Все легирующие элементы превращают температуры эвтектического и эвтектоидного превращения в интервал температур в соответствие с правилом фаз Гиббса.
Диаграмма изотермического превращен ия ау стенита эвтектоидной стали.
На диаграмме можно выделить следующие области: 1) область устойчивого аустенита (для стали, содержащей 0,8 % С, выше АС1); 2) область переохлажденного аустенита; 3) область начавшегося, но еще не закончившегося превращения А => П ; 4) область закончившегося превращения А => П; 5) область начавшегося, но еще не закончившегося мартенситного превращения (между Мн – Mк ); 6) мартенситная область (ниже Мк ).
Область, расположенная слева от кривой начала распада аустенита (область переохлажденного аустенита), определяет продолжительность инкубационного периода, характеризующую устойчивость переохлажденного аустенита. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума (для эвтектоидной стали около 550 °С), и далее вновь возрастает.
В зависимости от степени переохлажден ия ау стенита различают три температурные области превращения: перлитную (переохлаждение до 500 °С), мартенситную (переохлаждение ниже Мн — для эвтектоидной стали ниже температуры 240 °С) и промежуточного (бейнитного) превращения (переохлаждение для эвтектоидной стали в интервале от 500 до 240 °С).
Источник
