Разупрочнение металла при отжиге

разупрочнение

РАЗУПРОЧНЕНИЕ — процесс понижения прочности и повышения пластичности материалов, предварительно упрочнённых в результате наклёпа, термич. обработки (для сталей — закалка с низкотемпературным отпуском, а для сплавов с ограниченной растворимостью, зависящей от темп-ры,- дисперсионное твердение) или облучения частицами с высокой энергией (нейтронами, g-лучами, электронами). Упрочнённое состояние (см. Упрочнение)связано с наличием структурных несовершенств разл. рода и масштаба и является метастабильным. Поэтому при нагреве или в случае относительно легкоплавких металлов и сплавов, при длительном вылёживании при комнатной температуре происходит Р., к-рое является средством огрубления микро- и субмикроструктуры упрочнённого материала (видоизменения дислокац. структуры). Р. при нагреве после наклёпа происходит уже при отдыхе, когда имеют место частичная аннигиляция точечных дефектов и дислокаций, а также их перераспределение, и полностью завершается после рекристаллизации, приводящей к образованию новых зёрен, плотность дислокаций в к-рых значительно ниже, чем в деформированных. Степень Р. зависит от темп-ры и времени отжига (рис. 1).

Рис. 1. Изменение твёрдости алюминия, деформированного растяжением до 20%, со временем при различных температурах.

Легирующие элементы повышают темп-ру Р. Напр., предел текучести железа при нагреве после деформации прокаткой до 80% начинает снижаться уже при 200 °С, а введение в него 0,8% ниобия повышает темп-ру начала Р. до 600 °С.

Р. при нагреве после дисперсионного твердения (рис. 2) связано с нарушением сопряжения (когерентности) между кристаллич. решётками частиц выделяющейся фазы и основного твёрдого раствора, коагуляцией указанных частиц (увеличением ср. расстояния между ними), обеднением твёрдого раствора легирующими элементами и отдыхом или рекристаллизацией твёрдого раствора. При достаточно высоком нагреве Р. может быть обусловлено обратным растворением выделившихся частиц в твёрдом растворе. Уд. роль каждого из перечисленных процессов в Р. зависит от состава сплава и режима термич. обработки. Р. при нагреве облучённых материалов обусловлено перераспределением точечных дефектов, их частичной аннигиляцией, изменением взаимодействия с дислокациями, а также с перераспределением дислокаций, закреплённых точечными дефектами и образовавшихся в результате скоплений точечных дефектов. Р. может иметь место также непосредственно в процессе пластич. деформации в тех случаях, когда происходят поперечное скольжение и переползание дислокаций.

Лит.: Горелик С. С., Рекристаллизация металлов и сплавов, 2 изд., М., 1978; Рекристаллизация металлических материалов. Сб., под ред. Ф. Хесснера, пер. с англ.,М., 1982.

Источник

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.

Читайте также:  Пила по металлу для резки труб

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.

Дата добавления: 2017-12-05 ; просмотров: 1071 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Упрочнение при дорекристаллизационном отжиге

Давно было замечено, что при низкотемпературном отжиге некоторых металлов и сплавов до начала рекристаллизации значительно повышаются твердость, предел прочности и особенно пределы текучести и упругости.

У каждого из таких материалов имеется своя оптимальная температура отжига, при которой упрочнение максимально.

Максимальный прирост предела упругости (Δσ/σ ) после дорекристаллизационного получасового отжига при оптимальной температуре (tопт) (Э. Н. Спектор, С. С. Горелик и А. Г. Рахштадт)

Материал ε*, % (Δσ/σ)100, % tопт, °С t н р°с
Cu (99,98%-ная) 75 10 150 200
Cu — 7% Al 7 35 280 450
90 170 280 350
Cu —32% Zn 60 100 200 250
Ni — (99,99 %-ный) 60 40 200 350
Ni — 20% Cr 10 40 400 800
65 170 400 600
Nb (электроннолучевой, 2 , что не только далеко выходит за рамки ошибок эксперимента, но и позволяет использовать в промышленности низкотемпературный отжиг после холодной деформации для дополнительного повышения предела упругости пружин и мембран (на 100 — 170%).

Явление упрочнения при дорекристаллизационном отжиге свойственно большинству медных и никелевых сплавов, на которых оно изучено наиболее подробно. Величина упрочнения зависит от состава твердого раствора.

У многих сплавов эффект упрочнения при отжиге возрастает с увеличением степени легирования твердого раствора. Упрочнение при отжиге обычно увеличивается с ростом степени холодной деформации, но встречается и обратная закономерность. Иногда упрочнению предшествует небольшое «нормальное» разупрочнение при возврате.

Влияние температуры отжига

Влияние температуры отжига на твердость холоднокатаных
алюминиевых бронз (Я. Л. Рогельберг).

Очень интересно, что упрочнению при низкотемпературном отжиге часто свойственна обратимость: холодная деформация после отжига вызывает разупрочнение, последующий отжиг вновь дает упрочнение и т. д.

Разупрочнение происходит при обжатиях всего 1 — 5%. Например, если у чистого никеля после холодной прокатки σ0,005 = 40 кгс/мм 2 , то отжиг при 200 °С повышает предел упругости до 48 кгс/мм 2 , а последующая холодная прокатка с обжатием 3% снижает его до исходного уровня 40 кгс/мм 2 . Сам по себе факт разупрочнения при повторной холодной деформации весьма оригинален.

Природа упрочнения при дорекристаллизационном отжиге в разных сплавах различна. Наиболее общей причиной упрочнения является закрепление подвижных дислокаций в исходном холоднодеформированном материале и в дислокационных стенках, возникших при полигонизации во время отжига.

Меньшая величина упрочнения при дорекристаллизационном отжиге металлов высокой чистоты и рост упрочнения с увеличением содержания примесей, а также некоторых легирующих элементов указывают на то, что дислокации при отжиге закрепляются атомами примесей или легирующих элементов.

Очень сильный рост предела упругости при дорекристаллизационном отжиге в твердых растворах с г. ц. к. решеткой на базе меди и никеля (иногда в 2 — 2,5 раза и более) можно связать с образованием атмосфер Сузуки на дефектах упаковки растянутых дислокаций и возникновением в растворе областей с ближним порядком.

Разрушением этих областей и отрывом дислокаций от атмосфер можно объяснить разупрочнение при холодной деформации после дорекристаллизавдонного отжига.

В металлах с о. ц. к. решеткой, например в ниобии, рост предела упругости при дорекристаллизационном отжиге скорее всего обусловлен закреплением дислокаций коттрелловскими атмосферами из атомов примесей внедрения.

В металлах и однофазных сплавах технической чистоты одной из причин упрочнения при дорекристаллизационном отжиге может быть старение (дисперсионное твердение) из-за выделения на дислокациях дисперсных частиц фаз, образованных примесями.

При дорекристаллизационном упрочняющем отжиге предел упругости возрастает значительно сильнее, чем твердость или предел прочности. Это и понятно, так как на величину предела упругости, характеризующего сопротивление материала малым пластическим деформациям, сильно влияет исходная (до начала механических испытаний) дислокационная структура, мало изменяющаяся в процессе испытаний.

В то же время при определениях твердости и предела прочности, характеризующих сопротивление материала большим пластическим деформациям, исходная дислокационная структура сильно изменяется в самом процессе механического испытания: растет плотность дислокаций, они перераспределяются и создается новая дислокационная структура.

Поэтому закрепление дислокаций в исходной структуре при дорекристаллизационном отжиге сильнее влияет на предел упругости и слабее на предел прочности.

Теперь можно считать, что повышение предела упругости при дорекристаллизационном отжиге — это весьма общее явление, свойственное металлам и сплавам с любым типом решетки, металлам обычной и высокой чистоты.

В целом же зависимость прочностных свойств от температуры отжига, является одной из типичных и очень часто встречающихся.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Источник

Разная способность к разупрочнению при дорекристаллизационном отжиге

Разная способность к разупрочнению при дорекристаллизационном отжиге связана с разной склонностью к полигонизации. У металлов с одним типом решетки легкость, с какой идет полигонизация, зависит от энергии дефектов упаковки.

Например, у алюминия энергия дефектов упаковки значительно больше, чем у меди, полигонизация развивается сильнее, что и приводит к значительному разупрочнению при дорекристаллизационном отжиге.

В некоторых тугоплавких о. ц. к. металлах, например молибдене и вольфраме, полигонизация развивается особенно активно, и поэтому в них велика доля разупрочнения, приходящаяся на дорекристаллизационный отжиг.

Влияние температуры отжита

Влияние температуры отжита на механические свойства деформированного металла (схема для одного из распространенных случаев): t н п, t к р, t1 и t 1 2 — температуры начала и конца рекристаллизации, перегрева и пережога.

Разупрочнение при дорекристаллизационном отжиге можно ускорить и увеличить, приложив к изделию во время отжига небольшие напряжения. Эти напряжения, не создавая еще значительного наклепа, ускоряют переползание дислокаций, необходимое для развития возврата.

Влияние температуры часового отжига

Влияние температуры часового отжига на электросопротивление и
механические свойства меди Ml (А. П. Смирягин).

Показатели пластичности при отжиге после холодной деформации в общем изменяются обратно тому, как изменяются прочностные свойства: в области возврата сравнительно слабо возрастают, сильно повышаются при первичной рекристаллизации, когда снимается большая часть наклепа, и мало изменяются при собирательной рекристаллизации.

Максимальная пластичность достигается в некотором интервале температур в области собирательной рекристаллизации.

Начиная с определенной температуры пластичность плавно снижается, так как далеко зашедшая собирательная рекристаллизация приводит к образованию чрезмерно крупного зерна. Это явление называется перегревом при рекристаллизационном отжиге.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Источник

РАЗУПРОЧНЕНИЕ

— процесс понижения прочности и повышения пластичности материалов, предварительно упрочнённых в результате наклёпа, термич. обработки (для сталей — закалка с низкотемпературным отпуском, а для сплавов с ограниченной растворимостью, зависящей от темп-ры,- дисперсионное твердение) или облучения частицами с высокой энергией (нейтронами, g-лучами, электронами). Упрочнённое состояние (см. Упрочнение )связано с наличием структурных несовершенств разл. рода и масштаба и является метастабильным. Поэтому при нагреве или в случае относительно легкоплавких металлов и сплавов, при длительном вылёживании при комнатной температуре происходит Р., к-рое является средством огрубления микро- и субмикроструктуры упрочнённого материала (видоизменения дислокац. структуры). Р. при нагреве после наклёпа происходит уже при отдыхе, когда имеют место частичная аннигиляция точечных дефектов и дислокаций, а также их перераспределение, и полностью завершается после рекристаллизации, приводящей к образованию новых зёрен, плотность дислокаций в к-рых значительно ниже, чем в деформированных. Степень Р. зависит от темп-ры и времени отжига (рис. 1).

Рис. 1. Изменение твёрдости алюминия, деформированного растяжением до 20%, со временем при различных температурах.

Легирующие элементы повышают темп-ру Р. Напр., предел текучести железа при нагреве после деформации прокаткой до 80% начинает снижаться уже при 200 °С, а введение в него 0,8% ниобия повышает темп-ру начала Р. до 600 °С.

Р. при нагреве после дисперсионного твердения (рис. 2) связано с нарушением сопряжения (когерентности) между кристаллич. решётками частиц выделяющейся фазы и основного твёрдого раствора, коагуляцией указанных частиц (увеличением ср. расстояния между ними), обеднением твёрдого раствора легирующими элементами и отдыхом или рекристаллизацией твёрдого раствора. При достаточно высоком нагреве Р. может быть обусловлено обратным растворением выделившихся частиц в твёрдом растворе. Уд. роль каждого из перечисленных процессов в Р. зависит от состава сплава и режима термич. обработки. Р. при нагреве облучённых материалов обусловлено перераспределением точечных дефектов, их частичной аннигиляцией, изменением взаимодействия с дислокациями, а также с перераспределением дислокаций, закреплённых точечными дефектами и образовавшихся в результате скоплений точечных дефектов. Р. может иметь место также непосредственно в процессе пластич. деформации в тех случаях, когда происходят поперечное скольжение и переползание дислокаций.

Лит.: Горелик С. С., Рекристаллизация металлов и сплавов, 2 изд., М., 1978; Рекристаллизация металлических материалов. Сб., под ред. Ф. Хесснера, пер. с англ.,М., 1982.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector