Что называется температурой рекристаллизации

Рекристаллизация металла

Нагревание металла до определённой температуры приводит к изменениям в его физическом состоянии. Вначале наблюдается пластическая деформация. Дальнейший нагрев приводит к ослаблению и разрушению кристаллической решётки. На конечном этапе в структуре наблюдается два процесса: возврат и рекристаллизация.

Второй процесс для каждого из материалов происходит при строго индивидуальных условиях. Рекристаллизация металлов происходит при определённой температуре и приводит к изменению физических и механических свойств.

Описание процесса

Рекристаллизация характеризуется следующими показателями:

При постепенном повышении температуры наступает момент,когда начинается разрушение прочных кристаллических связей. Температура, при которой он начинается, называется температурный порог рекристаллизации. Этот показатель во многом зависит от чистоты материала, то есть количества имеющихся добавок и примесей. Например, для алюминия этот порог равен 100 °С, для железа обладающего нормальной технической чистотой он равен 450 °С. Для меди она составляет 270 °С. В теории металловедения получена однозначная зависимость, которая связывает абсолютную температуру порога рекристаллизации и температуру плавления. Эта температура справедлива для всех металлов и сплавов.Теория описания этого показателя полностью подтверждается на практике.

Было установлено, что температура начала кристаллизации связана с температурой плавления через определённый коэффициент. Он имеет свою величину для различных материалов. В частности принято считать, что этот коэффициент равен:

Более точные значения для каждого материала можно найти в справочной литературе по металловедению.

В зависимости от химических и физических свойств и условий протекания процесса зависит скорость рекристаллизации.Она изменяется при изменении состава металла, давления или механического воздействия на образец. Скорость влияет на рекристаллизационные процессы, конечный результат преобразований.Очень важным является возможность регулирования скорости этого превращения. Например, при производстве так называемой трансформаторной стали необходимо обеспечивать условия формирования крупных кристаллов, которые будут ориентированы в одном направлении. Эта задача решается с помощью соответствующих добавок. Такими добавками служат сера и марганец. Эти добавки создают соответствующий катализ для получения материала с необходимыми физическими и механическими характеристиками.

В результате применения катализаторов, создания определённых условий (температуры, давления) начинается собирательный процесс зёрен необходимого размера и формы с их строгой ориентацией, что позволяет придать металлу требуемые свойства.

Стадии рекристаллизации

Для лучшего понимания протекания рекристаллизации его разбивают на несколько стадий. Первая стадия (рекристаллизация первичная) сводится к образованию так называемых центров рекристаллизации. На этой стадии рекристаллизации происходит формирование новых зёрен. Основной особенностью этих зёрен является их неповреждённая решётка. Около старых зёрен формируются новые с искажённой решёткой. При повышении температуры происходит их постепенное численное увеличение. Итогом таких преобразований становится формирование всё большего числа новых зёрен,которые становятся доминантными. Старых зёрен не остаётся вовсе.Основной движущей силой этой стадии является энергия, которая собрана в деформированном (наклёпанном) металле. Наблюдается стремление системы прийти к состоянию устойчивого равновесия с доминированием неискажённой кристаллической решёткой.

Первичная рекристаллизация называется динамической.Это связано с тем, что она происходит непосредственно при горячей пластической деформации нагретого металла. Происходит многократное чередование циклов первичной (динамической) рекристаллизации с циклами спонтанного повышения плотности дислокации новых образований (зарождение новых зёрен). Скорость протекания этой стадии зависит от температуры деформации. Если температура достигла величины, которая значительно превышает температурный порог рекристаллизации, процесс в первичной стадии может завершиться в течение нескольких секунд.

На второй стадии происходит рост количества новых зёрен. Происходит ещё один процесс так называемая собирательная рекристаллизация. Процесс протекает благодаря внутренней энергии самих зёрен. Зёрна различной величины аккумулируется энергия, которая изменяется по величине. Мелкие зёрна обладают большей поверхностью раздела. Поэтому на этой поверхности скапливается большая энергия. Увеличение размера зерна приводит к уменьшению площади таких поверхностей, следовательно, к меньшей поверхностной энергии. Вторичная рекристаллизация может стимулироваться при добавлении различных химических соединений. Например, для ускорения этого процесса применяют дисперсионный сульфид марганца.

При превышении температуры кристаллизации происходит уменьшение размера зёрен. Это вызвано быстрым ростом числа так называемых центров вторичной кристаллизации.При повышенных температурах возникает серьёзная конкуренция между вторичной и собирательной кристаллизацией. Это приводит к укрупнению зёрен и росту времени выдержки. В этот момент наблюдается эффект предварительной деформации до 10% от исходного состояния. При таком показателе деформация считается критической. Она считается крайне негативной перед процессом последующего обжига. Этот процесс необходим для получения стали с заданными свойствами. Он проводится при различных температурах в зависимости от состава обрабатываемого материала. Например, для проведения обжига:

Отдельно выделяют метадинамическую рекристаллизацию. Она протекает после последовательной горячей пластической деформации. Происходит рост новых зёрен, при динамическом процессе, протекающем между статической рекристаллизацией и динамической. Образуются готовые центры новых кристаллов, которые успеваю полностью сформироваться на этапе постепенного охлаждения металла.

Эти процессы являются очень важными для формирования целостной микроструктуры готовых изделий из металлов или сплавов. Отслеживание этапов рекристаллизации (первичной, собирательной и вторичной) необходимо для получения металлов и сплавов с заданными свойствами. Это приводит к следующим эффектам:

Материалы, внутри которых были образованы мелкие зёрна, обладают повышенной прочностью и вязкостью. Для отдельных видов стали необходимо наоборот имеет крупные зёрна. Таким материалом является трансформаторная сталь или техническое железо. Наличие крупных зёрен придаёт этим металлам высокие магнитные свойства, которые необходимы для их дальнейшего применения.

Источник

Что такое рекристаллизация металлов: стадии, процесс, температура

Твердое состояние любых веществ бывает аморфным или кристаллическим. Классическим примером отсутствия решетки является стекло. В быту, знакомая всем снежинка, есть результат упорядоченного объединения молекул воды посредством снижения внутренней энергии. Похожие события происходят и в металлических конструкциях. Наиболее наглядная картина видна на цинковом покрытии и месте слома свинцовой болванки. Интересным и важным для машиностроения являются изучение течений формирования внутренних характеристик у сплавов железа. Получение монокристалла (материала, имеющего упорядоченное строение на больших линейных размерах) это сложная технологическая задача, выполнение которой возможно только в строго определенных условиях. В обычной жизни мы имеем дело с хаотичными структурами, содержащими сформированные зерна того или иного размера. Это впрямую влияет на физические характеристики изделий. Металловедение – большой раздел неорганической химии, и только в начале прошлого столетия к изучению стали подходить с научной точки зрения. До этого вся область находилась в зоне прикладного искусства и качество, например, клинка зависело только от опыта и чутья мастера. Давайте вместе разбираться, что такое рекристаллизация металлов, как протекает действие и для чего это необходимо.

Описание процесса

По сути все делается для того, чтобы снять внутреннее напряжение между элементами и увеличить плотность за счет создания правильной геометрии сопряжений.

Железный материал в производстве часто обрабатывается холодным способом. Таким методом изготавливаются прокатные листы и разного вида проволоки. Однако на определенном этапе прочность изделий уменьшается, так как накапливаются смещения и в точках касания связи значительно ослабевают.

Далее необходимо использование рекристаллизационного отжига, чтобы привести металл в первичное состояние и при применении определенной температуры (для каждого сплава она своя) добиться изменений (снижения текучести и прочности на растяжение и повышение пластичности). Манипуляция приводит к образованию новых зерен в кристаллической решетке, которые при продолжительном отжиге с повышением t термообработки, некоторые вновь возникшие, начинают расти за счет соседних кристаллитов. Размер их зависит от продолжительности и термического режима операции, то есть чем дольше времени затрачивается. Для железных сплавов нагрев выбирается из расчета 40 процентов от температуры плавления. В этом состоянии атомы приобретают ту степень подвижности и такое значение собственной энергии, что появляется возможность переместиться и занять наиболее выгодное положение в районе локации.

Кроме того, необходимо знать, что процесс начала действия напрямую связан с величиной термической обработки через коэффициент, который имеет разный параметр для разнообразных сплавов:

материал с добавлением небольшого объема примесей обладает 0,4;

высокочастотная сталь – 0,1-0,2;

твердосплавный раствор – от 0,5 до 0,8.

Информацию точных значений можно найти в технической литературе по металловедению.

Поговорим о скорости протекания процедуры. От этого параметра зависит конечный результат преобразований. Так как операция не быстрая, то возможна остановка путем охлаждения. При этом получаются размеры ячеек нужных параметров.

Важным моментом на производстве считается регулирование скоростного режима, при котором возможен этап сбора зерен по заданным размерам и формой с их определенной ориентацией. Для достижения необходимого результата часто применяются различные добавки (сера, марганец и другие вещества). Использование катализаторов позволяет получить материал с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Стадии рекристаллизации

В металлургии используются три фазы данного метода:

Первичная обработка способствует образованию новых неискаженных зерен и формированию областей, которые будут освобождены от дислокаций или более совершенных, чем окружающая матрица (зародыши растут благодаря ее искажениям). Восстановление структуры и качеств недеформированного сырья происходит наиболее радикально.

Собирательная стадия отличается ростом кристаллитов благодаря течениям, протекающим внутри самих зерен. За счет уменьшения их протяженности наблюдается снижение уровня энергии границ элементов.

Вторичная характеризуется созданием разнозернистой структуры с применением различных химических соединений, как пример, сульфида марганца.

Процесс пластической деформации (рекристаллизации) металла

Данным методом добиваются изменение первоначальной геометрической формы и размеров после снятия на тело механической нагрузки, и сопровождается переменой расстояния между атомами в кристаллической решетке в пределах ее параметра. Одновременно с этой операцией происходит внутреннее напряжение материала, что и приводит в конечном итоге к трансформации физических и химических свойств. Степень деформации зависит от пластичности сплава, которая оценивается во время производства относительным расширением или сужением при испытании образцов на растяжение. К характеристикам также относят ударную вязкость, которая показывает работу разрушения при изгибе модели.

Дополнительная информация! Пластичность зависит от разницы пределов прочности и текучести. Практически одинаковые значения (при нагреве до высоких температур) способствуют разрушению хрупких материалов фактически без пластической деформации. К ним относятся чугун, стекло, керамика, фарфор, некоторые виды пластмассы, горные породы и прочие.

Структурные изменения металла при нагреве

Деформированный образец находится в неравновесном состоянии, поэтому необходима дальнейшая обработка при использовании повышенных температур. Данный метод позволяет перейти к равновесию за счет уменьшения искажений в решетке, а именно снятие напряжений для свободного перемещения атомов. В итоге при нагреве зарождаются и растут новые неискревленные кристаллиты исходной фазы. А это, в свою очередь, приводит к трансформации не только микроструктуры, но их свойств. После данных манипуляций происходит:

Резкое снижение прочности при одновременном увеличении пластичности.

Уменьшение сопротивления к электропроводности.

Данные параметры характерны для железа, в которых образовались маленького размера зерна. Для крупнозернистых материалов присущи высокие магнитные характеристики и физические качества начинают напоминать чугун.

Описание первичной рекристаллизации

Деформированный металл или свежий прокат переживает естественный процесс формирования ячеек с наиболее энергетически выгодными формами. Физическое воздействие смещает слои, при этом структура подвержена растяжению и, наоборот, сжатию в других точках. Этот дисбаланс склонен к возврату в естественное нормальное состояние. При комнатных температурах и минимальном нагреве эти события происходят с очень низкой скоростью, так как колебательных движений атомов недостаточно. Резкое ускорение возникает при увеличении внутренней энергии. Оптимальный показатель зависит от веса первичного элемента и степени связи с соседями, то есть от химического состава.

Что представляет собой вторичная рекристаллизация

Надо понимать, что перемещение атомов – хаотичное действие, при котором общее напряжение между фрагментами стремится к минимуму. Поэтому после «выработки» бесхозных частиц начинается рост зерен только в зонах, где это возможно. При этом наблюдается укрупнение одних и стабилизация других. В результате мы видим материю с разноразмерными ячейками. Как и в первом пункте наблюдается упорядочение пространства с уменьшением площади поверхности кристаллов. Это также приводит к изменению физических свойств, хотя и менее выраженных, чем в предыдущем случае.

Собирательная фаза

При создании соответствующих условий (длительный нагрев) начинается процесс, когда совершенные зерна подтягивают в свою решетку материал из более слабых соседей и в конечном итоге поглощают их. При этом уменьшается число, и увеличиваются объемы. События происходят до определенного критического уровня, когда средний размер доходит до оптимального значения и после этого видимых перемен не наблюдается.

Металлургические эффекты холодной обработки

Изменение свойств при физическом воздействии при температурах ниже определенного значения использовалось во все времена для получения требуемых параметров изделия. За счет деформации возрастает внутреннее напряжение, что влечет за собой повышение прочности и гибкости. Кроме того, снижается вязкость. Чрезмерное влияние приводит к появлению трещин и отслоений. Наибольший эффект наблюдается в верхнем слое больших заготовок.

Результаты рекристаллизационного отжига

При проковке в металле частично разрушаются структуры, появляются зоны с аморфным состоянием. Как и описывалось ранее длительное температурное воздействие позволяет благодаря получению некоторой степени свободы запустить процесс упорядочения пространственного положения отдельных элементов. Области, получившие смещение, заполняются новообразовавшимися зернами. При этом происходит постепенное восстановление свойств сырья до ковки. Дальнейшее повышение нагрева приводит к укрупнению образований.

Характеристики материала после обработки

Основным эффектом является увеличение пластичности за счет того, что атомы уже нашли наиболее оптимальное положение и при деформациях будут смещаться без нарушения целостности. Это очень важно в случаях, когда деталь подвержена многократным нагрузкам. Вязкость позволяет длительное время сопротивляться воздействию без разрушения.

Другая причина перекристаллизации металла в материаловедении путем отжига

Этот прием широко используется еще и потому, что, подбирая время и температуру, можно плавно менять параметры исходного сырья. При этом трансформация происходит достаточно плавно, а значит, получение заданных свойств возможно прогнозировать. Самым простым примером может стать отжиг сталистой проволоки до состояния «вязальной» простым кратковременным нагревом до бордового цвета.

Иллюстрация изменений на примере танталового сплава

Этот материал имеет очень характерные преображения при подобного рода манипуляциях, так как он достаточно широко востребован в протезировании, защите особо важных узлов конструкций от коррозии и влияния агрессивных сред. Мы выбрали его для визуализации типичных процессов.

Механическое воздействие формирует явно заметные зоны с нарушенной структурой. Эти участки из-за отсутствия устойчивых кристаллических связей активно вступают в химические реакции с большим спектром реагентов. Само изделие приобретает повышенную хрупкость и неоднородное внутреннее строение с четко определенными областями сдвига. При температурной обработке хаотичные области наполняются вновь инициированными образованиями до полного заполнения повреждений. Что и называется текстурной рекристаллизацией. При этом сплав проходит очень медленный путь до прежнего состояния. Остановка действия в определенный момент времени позволяет зафиксировать свойства. Обычно проводится до достижения наименьшей площади касания зерен. Такое положение характеризуется очень низкой склонностью к окислению, так как межатомные связи, существующие в упорядоченной структуре кристаллов, не позволяют взаимодействовать даже с очень сильными окислителями.

Источник

Рекристаллизация

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией, собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Термину собирательная рекристаллизации соответствует также термин нормальный (то есть обычный) рост зерна.

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизацией — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.

В сталях рекристаллизация сочетается со сфероидизацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размером 0.5-2 мкм. Такая структура называется структурой сорбита отпуска. Термообработка, приводящая к ней: улучшение.

В металлургии часто используют простое правило для определения температуры рекристаллизации сплава: в качестве ее значения берут 0,4 от температуры плавления. Обычно такое приближения оказывается вполне достаточным.

Источник

Рекристаллизация металла — температура, описание процесса

Около 10…15 % всей энергии, затраченной на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем. Остальная часть энергии идет на нагрев металла.

Деформированный металл находится в неравновесном, неустойчивом состоянии, и в нем могут протекать процессы, направленные на достижение устойчивого состояния. Этот переход связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке и снятием напряжений, что в свою очередь определяется возможностью перемещения атомов.

С повышением температуры подвижность атомов увеличивается и начинают развиваться процессы, приводящие металл к равновесному состоянию. По мере нагрева деформированный металл проходит стадии возврата и рекристаллизации, в результате чего изменяются его структура и свойства (рисунок 20).

В области возврата (при нагреве до 0,3 Тпл) происходит повышение структурного совершенства металла в результате уменьшения плотности дефектов строения. При этом не наблюдается заметных изменений структуры, видимой в оптический микроскоп. Механические свойства металла изменяются незначительно, порядка на 5…7 %.

При низких температурах (ниже 0,2 Тпл) протекает первая стадия возврата — отдых, когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансий) и перераспределение дислокаций без образования субграниц. При нагреве вакансии поглощаются дислокациями, которые двигаются к границам зерен. Часть дислокаций противоположного знака уничтожается.

Рисунок 20 — Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве

Вторая стадия возврата — полигонизация, под которой понимают дробление (фрагментацию) кристаллов на субзерна (полигоны). При нагреве беспорядочно распределенные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к образованию в монокристалле или в зерне поликристалла субзерен (полигонов), свободных от дислокаций и отделенных дислокационными границами (рисунок 21).

Этот процесс протекает обычно при небольших деформациях при температуре (0,25…0.3)Тпл, и им создаются условия для образования в структуре металла зародышей новых зерен.

Рисунок 21 — Схема процесса полигонизации

Стадия первичной рекристаллизации в деформированном металле происходит при его нагреве выше 0,3Тпл. При высоких температурах подвижность атомов возрастает и образуются новые равноосные зерна.

Образование новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла называется первичной рекристаллизацией.

В деформированном металле на участках с повышенной плотностью дислокаций образуются и растут зародыши. Образуется совершенно новое зерно, по размерам отличающееся от исходного до деформации. Наклеп практически полностью снимается, и свойства приближаются к их исходным значениям.

Температура, при которой начинается процесс рекристаллизации называется температурным порогом рекристаллизации.

Температурный порог рекристаллизации (Тр) связан с температурой плавления металла зависимостью А.А.Бочвара:

Собирательная рекристаллизация проходит после завершения первичной рекристаллизации в процессе дальнейшего нагрева. Она заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. При укрупнении зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние.

Таблица 2 — Температура начала рекристаллизации технически чистых металлов

Особенность собирательной рекристаллизации состоит в том, что рост происходит не в результате слияния нескольких мелких зерен в одно более крупное зерно, а одни зерна растут за счет других зерен, ”поедая” их вследствие перехода атомов через границы раздела. Зерна с вогнутыми границами растут за счет зерен с выпуклыми границами (рисунок 22).

Атом на вогнутой поверхности имеет большее число соседей и, следовательно, меньшую энергию, по сравнению с атомами на выпуклой поверхности. Малые зерна постепенно исчезают.

Собирательная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов и поэтому чаще всего недопустима для наклепанного металла.

Рисунок 22 — Схема роста зерен при собирательной рекристаллизации

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень производительной пластической деформации (рисунок 23).

Величина зерна возрастает с повышением температуры нагрева и времени выдержки. При температурах Т1 и Т2 (выше Тр) образование рекристаллизованного зерна происходит не сразу, а через некоторый отрезок времени t1 и t2, который называется инкубационным.

Рисунок 23 — Влияние температуры (а), продолжительности нагрева (б) и степени деформации (в) на величину рекристаллизованного зерна

Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации, обычно порядка 3…15 %, такую степень деформации называют критической.

Критической называют такую минимальную степень деформации, выше которой при нагреве становится возможной первичная рекристаллизации.

Холодная и горячая деформация >
Дальше >

Температурный порог рекристаллизации металлов

Главная / Теория термической обработки металлов / Отжиг первого рода / Рекристаллизационный и дорекристаллизационный отжиги / Температурный порог рекристаллизации металлов

Справедливость формулы иллюстрируется данными таблицы. По правилу А. А. Бочвара можно оценить в первом приближении температурный порог рекристаллизации по известной температуре плавления металла.

Это бывает необходимо, когда нет справочных данных. Например, можно оценить температуру начала рекристаллизации свинца: (327 + 273) 0,4 — 273 = — 33°.

Температурный порог рекристаллизации металлов (tп.р)

На температуру начала рекристаллизации, кроме степени деформации, времени отжига и примесей, влияют также температура и скорость, деформирования и размер зерна перед деформированием.

С повышением температуры деформирования температура начала рекристаллизации возрастает.

Объясняется это тем, что при более высоких температурах обработки давлением полнее проходят процессы возврата при деформации, меньше накопленная при деформации энергия, т. е. меньше термодинамический стимул рекристаллизации.

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

Оптимальный режим рекристаллизационного отжига

Оптимальный режим отжига можно выбрать по графикам температурной зависимости свойств (смотрите Влияние температуры отжига и Влияние температуры часового отжига).

Так, для восстановления пластичности меди можно рекомендовать часовой отжиг при 500 — 700 °С (смотрите Влияние температуры часового отжига).

Верхняя температурная граница отжига выбрана ниже температуры перегрева (

800 °С), а нижняя — с некоторым превышением tкp…

Рекристаллизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг подразделяют на полный, неполный и текстурирующий. Полный рекристаллизационный отжиг, обычно называемый просто рекристаллизационным — одна из наиболее широко применяемых операций термообработки.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую…

Выбор режимов дорекристаллизационного и рекристаллизационного отжига

Основные параметры отжига наклепанных металлов и сплавов — температура и продолжительность.

Они определяют характер и полноту структурных изменений при отжиге, а также свойства металла и сплава после отжига.

В отдельных случаях, которые будут рассмотрены ниже, важную роль играют также скорость нагрева до температуры отжига и скорость охлаждения с этой температуры. Режим отжига каждого металла и…

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….

Изменение физических свойств при отжиге

Электросопротивление изменяется при отжиге сложным образом. У многих деформированных металлов и неупорядоченных твердых растворов электросопротивление в значительной степени восстанавливается при дорекристаллизационном отжиге.

Первичная рекристаллизация окончательно снимает деформационный прирост электросопротивления. Принято считать, что с повышением температуры рекристаллизационного отжига электросопротивление снижается (если при наклепе оно возрастало).

Но справочные данные не согласуются с этим представлением. У меди, никеля,…

3.4.2. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизационные процессы)

Пластическая деформация приводит металл в структурно неустойчивое состояние. В металле возникают внутренние напряжения. Деформирование металла сопровождается его упрочнением или так называемым наклепом. Самопроизвольно должны происходить явления возвращающие металл в более устойчивое структурное состояние.

К самопроизвольным процессам, которые приводят пластически деформированный металл к более устойчивому состоянию, относятся снятие искажения кристаллической решетки и другие внутризеренные процессы и образование новых зерен.

Для снятия напряжений кристаллической решетки не требуется высокой температуры, так как при этом происходит незначительное перемещение атомов.

Уже небольшой нагрев (для железа 300 – 400 °С) снимает искажения решетки, а именно уменьшает плотность дислокаций в результате их взаимного уничтожения, слияния блоков, уменьшения внутренних напряжений, уменьшения количества вакансий и т.д..

Снятие искажений решетки в процессе нагрева деформированного металла называется возвратом, или отдыхом. В результате этого процесса твердость и прочность несколько понижаются (на 20 – 30 % по сравнению с исходными), а пластичность возрастает.

Одним из способов снятия внутренних напряжений при деформации материалов является рекристаллизация. Рекристаллизация, т.е.

образование новых зерен, протекает при более высоких температурах, чем возврат, может начаться с заметной скоростью после нагрева выше определенной температуры.

Чем выше чистота металла, тем ниже температура рекристаллизации. Чистые металлы имеют очень низкую температуру рекристаллизации: 0,2 Тпл.

После того, как рекристаллизация (I стадия) завершена, строение металла и его свойства становятся прежними, которые он имел до деформации. Схема процессов, происходящих при нагреве наклепанного металла, представлена на рис. 3.17.

Температура рекристаллизации имеет важное практическое значение. Чтобы восстановить структуру и свойства наклепанного металла (например, при необходимости продолжить обработку давлением путем прокатки, протяжки, волочения и т.п.), его надо нагреть выше температуры рекристаллизации. Такая обработка называется рекристаллизационным отжигом.

В соответствии с описанными процессами изменения строения наклепанного металла при его нагреве следует ожидать и соответствующего изменения его свойств. После отжига при температуре, несколько превышающей температуру рекристаллизации, твердость резко падает и достигает исходного значения (значения твердости до наклепа). Эта температура и есть минимальная температура рекристаллизации, или порог рекристаллизации. Аналогично изменению твердости изменяются и другие показатели прочности (предел прочности, предел текучести). Низкая температура нагрева и происходящий при ней возврат несколько повышают пластичность, но лишь рекристаллизация восстанавливает исходную (до наклепа) пластичность металла.

При нагреве наклепанного металла изменяется его структура (рис. 3.18). В исходной структура нагартованной латуни (рис. 3.18, а) видны вытянутые зерна с большим числом сдвигов.

Невысокий нагрев, вызывающий небольшое снижение твердости вследствие возврата, существенно не изменяет микроструктуры (рис. 3.18, б). Нагрев до 350 °С приводит зерна металла почти к равноосному состоянию вследствие рекристаллизации.

Эта температура, очевидно, лежит несколько выше порога рекристаллизации (но незначительно), так как размер зерен невелик. Более высокая температура (550 – 800 °С) вызывает рост зерна.

Первичная рекристаллизация заключается в образовании новых зерен. Это обычно мелкие, можно даже сказать очень мелкие зерна, возникающие на поверхностях раздела крупных деформированных зерен.

Хотя в процессе нагрева и происходят внутризеренные процессы устранения дефектов (возврат, отдых), все же они, как правило, полностью не заканчиваются, с другой стороны, вновь образовавшееся зерно уже свободно от дефектов.

К концу первой стадии рекристаллизации можно получить структуру, состоящую только из очень мелких зерен, в поперечнике имеющих размер в несколько микрон. Но в этот момент наступает процесс вторичной рекристаллизации, заключающийся в росте зерна.

1) зародышевый – состоящий в том, что после первичной рекристаллизации вновь возникают зародышевые центры новых кристаллов, и их рост приводит к образованию новых зерен, но их меньше, чем зерен в исходном состоянии, и поэтому после завершения процесса рекристаллизации зерна в среднем станут крупнее;

2) миграционный – состоящий в перемещении границы зерна и увеличении его размеров (рис. 3.19);

3) слияние зерен – состоящее в постепенном «растворении» границ зерен и объединении многих мелких зерен в одно крупное.

Пластическая деформация и рекристаллизация металлов и сплавов (стр. 2 из 3)

Упрочнение сопровождается накоплением остаточной энергии в металле. Пластическая деформация вызывает искажения решетки металла. Остаточная энергия складывается в основном из энергии отклонившихся из положения равновесия атомов. Упрочненное состояние неустойчиво.

Неустойчивая структура пластически деформированного металла стремится освободиться от искажений кристаллической решетки и запаса остаточной энергии и перейти в устойчивое состояние.

Неравновесная структура, созданная холодной деформацией у большинства металлов устойчива при комнатной температуре. Переход металла в более стабильное состояние происходит при нагреве. При повышении температуры увеличивается кинетическая энергия атомов, в связи с чем ускоряется перемещение точечных дефектов и создаются условия для перераспределения дислокаций и уменьшения их количества.

Процессы, происходящие при нагреве подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию; обе стадии сопровождаются выделением теплоты и уменьшением свободной энергии. Возврат происходит при относительно низких температурах, рекристаллизация — при более высоких.

Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, т.е. размер и форма кристаллов при возврате не изменяются.

Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых кристаллов с меньшим количеством дефектов строения; в результате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего, равноосные кристаллы.

Возврат.
Процесс возврата протекает обычно при температурах ниже 0,3 ТПЛ (ТПЛ
— абсолютная температура плавления металла или сплава).

Стадию возврата, в свою очередь, разделяют на две возможные стадии: отдых и полигонизацию.

Отдыхом холоднодеформированного металла называют стадию возврата, при которой вследствие перемещения атомов уменьшается количество точечных дефектов, в основном вакансий; в ряде металлов, таких как алюминий и. железо, отдых включает также переползание дислокаций, которое сопровождается взаимодействием дислокаций разных знаков и приводит к заметному уменьшению их плотности.

Перераспределение дислокаций сопровождается также уменьшением остаточных напряжений. Отдых вызывает значительное уменьшение удельного электросопротивления и повышение плотности металла.

Если при отдыхе уменьшается плотность дислокаций, то наблюдается уменьшение твердости и прочности металла (алюминий, железо); если плотность дислокаций при отдыхе не меняется, то отдых не сопровождается изменением механических свойств (медь, латунь, никель).

Полигонизацией называют стадию возврата, при которой в пределах каждого кристалла образуются новые малоугловые границы. Границы возникают путем скольжения и переползания дислокаций; в результате кристалл разделяется на субзерна — полигоны, свободные от дислокаций, а дислокации скапливаются на границах полигонов, образуя стенки.

Два полигона, разделенные стенкой (малоугловой границей), состоящей из нескольких краевых дислокаций схематично показаны на рис.8.

Рекристаллизация.
Пластически деформированные металлы могут рекристаллизоваться лишь после деформации, степень которой превосходит определенную минимальную величину, которая называется критической степенью деформации ( — относительное обжатие, где H0 — начальная высота заготовки, h- высота заготовки после обжатия). Если степень деформации меньше критической, то зарождения новых зерен при нагреве не происходит. Критическая степень деформации невелика (2 — 8%); для алюминия она близка к 2%, для железа и меди — к 5%.

Существует также температурный порог рекристаллизации — это наименьшая температура нагрева, обеспечивающая возможность зарождения новых зерен. Температурный порог рекристаллизации составляет некоторую долю от температуры плавления металла:

Значение коэффициента а
зависит от чистоты металла и степени пластической деформации. Для металлов технической чистоты а =
0,3 — 0,4 и понижается с увеличением степени деформации.

Уменьшение количества примесей может понизить а
до 0,1 — 0,2. Для твердых растворов а =
0,5 — 0,6, а при растворении тугоплавких металлов может достигать 0,7 — 0,8.

Для алюминия, меди и железа технической чистоты температурный порог рекристаллизации равен соответственно 100° С, 270° С и 450° С.

Рекристаллизация состоит из зарождения новых зерен и их последующего постепенного роста. Зарождение новых зерен при рекристаллизации происходит в участках с наибольшей плотностью дислокаций, обычно на границах деформированных зерен. Чем больше степень пластической деформации, тем больше возникает центров рекристаллизации.

С течением времени образовавшиеся центры новых зерен увеличиваются в размерах вследствие перехода атомов от деформированного окружения к более совершенной решетке.

Рассмотренная стадия рекристаллизации называется первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки.
Первичная рекристаллизация заканчивается при полном поглощении новыми зернами старых деформированных зерен.

По завершении первичной рекристаллизации происходит рост образовавшихся зерен; эта стадия рекристаллизации называется собирательной рекристаллизацией.
Собирательная рекристаллизация не связана с предварительной пластической деформацией металла.

Этот процесс самопроизвольно развивается при достаточно высоких температурах в связи с тем, что укрупнение зерен приводит к уменьшению свободной энергии металла из-за уменьшения поверхностной энергии (чем крупнее кристаллы, тем меньше суммарная протяженность границ).

Рост зерен происходит путем перехода атомов от одного зерна к соседнему через границу раздела, одни зерна при этом постепенно уменьшаются в размерах и затем исчезают, а другие становятся более крупными, поглощая соседние зерна. С повышением температуры рост зерен ускоряется. Чем выше температура нагрева, тем более крупными окажутся рекристаллизованные зерна (рис.9).

Рисунок 9. Схема изменения микроструктуры наклепанного металла при нагреве: а) наклепанный металл; б) начало первичной рекристаллизации; в) конец первичной рекристаллизации; г) собирательная рекристаллизация.

Рекристаллизация полностью снимает наклеп, созданный при пластической деформации; металл приобретает равновесную структуру с минимальным количеством дефектов кристаллического строения. Восстанавливаются все физические и механические свойства (рис.10).

Время выдержки при нагреве оказывает влияние на размер зерна в том же направлении, что и температура, но значительно слабее. С увеличением степени деформации выше критической размер зерен уменьшается вследствие увеличения числа центров рекристаллизации, а повышение температуры нагрева укрупняет зерна из-за ускорения собирательной рекристаллизации.

В рекристаллизованном металле при известных условиях возникает предпочтительная ориентировка зерен — текстура. Текстура рекристаллизации, также как и текстуры другого происхождения, вызывают значительную анизотропию физических и механических свойств.

Для конструкционных материалов общего назначения анизотропия свойств обычно нежелательна.

Однако при использовании сплавов с особыми физическими свойствами (магнитными, с особыми зависимостями теплового расширения, с особыми упругими свойствами) анизотропию удается практически использовать, улучшая то или иное свойство в определенном направлении изделия.

Так, например, широко используется обработка, состоящая из холодной пластической деформации и последующего отжига (нагрева), приводящая к получению текстуры рекристаллизации в листах трансформаторного железа. Образование текстуры обеспечивает более легкую намагничиваемость в определенных направлениях листа. Применение текстурованного трансформаторного железа позволяет уменьшить потери на перемагничивание.

Возможность образования текстуры при рекристаллизации зависит от химического состава сплавов, в технических металлах — от природы и количества примесей, от температуры и времени выдержки при рекристаллизации, от сечения изделия и ряда других технологических факторов.

Рисунок 10 — Схема изменения свойств наклепанного металла при возврате и рекристаллизации

5. Влияние обработки давлением на структуру и свойства металла

В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.

Холодная деформация
характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла (рис.11, а). При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом) (механизм рассмотрен выше).

Деформация и рекристаллизация металлов

Рассмотрим более подробно понятие рекристаллизации.

Этот процесс известен с 19 века. В микроскопе рассматривались частички стали. Частички состояли из длинных зерен, которые при увеличении температуры изменили свою форму и стали ровными со всех сторон. Такое явление назвали рекристаллизацией.

Рекристаллизация – это образование новых кристаллических зерен с помощью других. Данный процесс происходит при повышении температуры. Чем выше температура, тем быстрее скорость процесса рекристаллизации.

При рекристаллизации изменяются свойства металлов. Может снизиться прочность и стойкость, увеличится пластичность. Во время данного явления становится меньше общая масса зернограничной энергии.

В процессе рекристаллизации используются металлы, состоящие из большого количества кристаллов. Такие металлы являются поликристаллическими. Пластичные металлы, легко поддающиеся деформации, в большей степени подвержены рекристаллизации.

Микроструктура кристаллического тела – понятие характеризующее общее число кристаллов, их расположение, и границы между зернами. Если происходит увеличение количества кристаллов, то снижается качество огнеупоров и их механические свойства. Это происходит, потому что при росте кристаллов повышается напряжение между границами зерен.

При уменьшении размера кристаллов также могут происходить ухудшения свойств металлов.

Для того, чтобы улучшить свойства металлов, необходимо получать изделия с небольшими и крупными кристаллами.

Статическая рекристаллизации происходит уже после деформации изделия. Для этого необходимо повышение температуры.

Динамический вид рекристаллизации происходит в самом процессе деформации изделия из металла.

В науке рекристаллизацию подразделяют на три этапа – первичная, собирательная, вторичная.

Кроме этого, выделяется такое понятие, как динамическая рекристаллизация. В этом процессе появляются совершенно новые зерна. Чем выше повышается температура для деформации металла, тем быстрее осуществляется появление новые зерен. Если температура выше необходимой, то процесс динамической рекристаллизации может завершиться за одну секунду.

Бывает так, что после перенесенной рекристаллизации материал изменяет свою структуру и свойства. Для того, чтобы определить температуру рекристаллизации для определенного металла, необходимо выяснить температуру его плавления.

Рекристаллизация позволяет изменять зерна, их форму, размеры, свойства и структуру. За счет изменения зерен меняется и сам металл.

Процесс рекристаллизации происходит в тесной связи с деформацией металла.

Влияние пластической деформации на микроструктуру металла (схема)

Рассмотрим более подробно понятие деформации и ее назначение.

Деформация – это процесс, при котором меняется форма и размеры изделия. Деформация может происходить за счет воздействия специальных инструментов на металл. Также для деформации изделия используют определенные процессы (например, повышение температуры). Изделие можно растянуть, сжать, скрутить, загнуть. Это и есть процессы деформации.

Выделяют такое понятие, как упругая деформация. Она характеризуется тем, что, когда устраняют внешнюю нагрузку, которая способствовала деформации, изделие из металла приходит в прежнее состояние.

Даже небольшое силовое воздействие на металл вызывает деформацию. Если применяется растяжение изделия, то расстояние между атомами становится больше. А при сжатии изделия происходит обратный процесс.

Во время пластической деформации свойства металла могут измениться до неузнаваемости. Даже если изделие из металла обладает повышенной твердостью, при подборе определенной превышающей нагрузки может произойти пластическая деформация. Предел упругости у каждого металла разный, поэтому и воздействие нужно подобрать исходя из свойств металла.

Если изделие подвергнуть статичной нагрузке, изменения металла будут происходить постепенно и медленно. Такой процесс называется ползучестью. Если увеличить температуру воздействия на изделие, то скорость процессов также возрастет.

Сама же пластическая деформация зависит от свойств металлов, скорости воздействия, температуры и длительности нагрузки.

Те металлы, которые характеризуются кубическим видом кристаллической решетки, считаются наиболее пластичными. Поэтому они быстрее и проще поддаются деформации.

Можно изменить изделие с помощью холодной деформации. Такой процесс происходит при температуре ниже рекристаллизации изделия. При таком виде деформации происходит увеличение прочности металла. Но холодная деформация возможна только с изделиями характеризующимися малым сечением (например, проволока).

Деформация с применением высоких температур, называется горячей. В этом процессе происходит полная рекристаллизация металла. Такой вид деформации обычно используется для крупных изделий.

Также деформация может происходить и без специального воздействия. Такой вид деформации встречается в природе. Свойства, внешний вид определенного металла, его прочность могут поменяться и из-за природных воздействия, независимых от человека.

В данной статье подробно были рассмотрены два важных процесса: деформация и рекристаллизация металлов. Эти процессы взаимосвязаны между собой. Они могут быть обратимыми и необратимыми.

Процесс рекристаллизации металла происходит в ходе деформации и различных физических воздействий на металл.

Естественно, все металлы отличаются друг от друга по свойствам и структуре, а значит процессы рекристаллизации и деформации происходит по-разному.

Деформация и рекристаллизация широко применяются в изготовлении различных металлических изделий. Эти процессы позволяют увеличить качество металла, изменить форму изделия и его внешний вид.

Важно подобрать оптимальное воздействия на металл, только в этом случае его свойства можно улучшить. Не всегда рекристаллизация и деформация оказывают положительное влияние на изделие.

Но несмотря на это, эти два процесса являются обязательными в металлообработке.

12.09.2019 Назад к списку Следующая новость

Перекристаллизация (металлургия) — Recrystallization (metallurgy)

Определение

Три Й карты запасенной энергии в сплаве Al-Mg-Mn после воздействия повышения температуры рекристаллизации. Объемная доля рекристаллизованных зерен (света) увеличивается с ростом температуры в течение заданного времени. Люк Hagen

Перекристаллизация определяются как процесс, в котором зерно кристаллической структуры приходит в новой структуре или новой форме кристалла.

«… формирование новой структуры зерна в деформируемом материале за счет образования и миграции границ зерен высоких угловых, приводимых в действие запасенной энергии деформации. Высокие границы угла являются те, с более чем 10-15 ° разориентации»

Таким образом, процесс может быть дифференцирована от восстановления (где границы зерен высокий угол не мигрируют) и роста зерен (где движущая сила только за счет уменьшения граничной области). Перекристаллизация может произойти во время или после деформации (при охлаждении или последующей термической обработке, например).

Законы перекристаллизации

Есть несколько, в основном эмпирические законы рекристаллизации:

Движущая сила

1-5%) сохраняется в материале как дефектов — в частности дислокаций.

где ρ представляет собой плотность дислокаций, G представляет собой модуль сдвига, б является вектором Бюргерса дислокаций, γ s является граничной энергией субзерна и д ы является размером субзерен.

Зарождение

Перекристаллизация из металлического материала (A → B) и роста кристаллических зерен (B → C → D).

Рекристаллизация металла

Технология получения большинства металлических изделий связана с пластической деформацией и нагревом металла. При этом существенно изменяются структуры материала и его структурно-чувствительные свойства:

Металлы и сплавы, за редким исключением, используют в поликристаллическом состоянии. В микроскоп видно, что поликристаллы состоят из множества зерен – кристаллитов.

В поляризованном свете зерна различаются своей окраской, вследствие разной кристаллографической ориентировки относительно плоскости шлифа.

В зависимости от обработки размеры зерен могут различаться по величине очень сильно. От нескольких микрон до нескольких сантиметров. В изделии может сформироваться и разнозернистая структура.

Зерна отделены границами, граница которых зависит от угла разориентировки соседних зерен. Если эти углы больше 10-15 градусов, границы называют большеугловыми.

Величина зерна влияет на свойства металлов и сплавов. Так металлы с мелкозернистой структурой отличаются повышенной прочностью и пластичностью. Это хорошо видно при испытании на растяжение. Крупнозернистые металлы хрупкие и менее прочные.

Микроструктура может отличаться характером кристаллографической ориентировки зерен. Если большая часть зерен близко ориентирована, то такой поликристалл называют текстурованным.

Весьма распространены структуры, в которых кристаллографические плоскости куба, пентаэдра, ромбододекаэдра, располагаются параллельно плоскости прокатки.

Текстура может содержать разное число текстурных компонент:

Характер текстуры сказывается на свойствах металла. Пластичность не текстурованного материала одинакова во всех направлениях. То есть, изотропна. В этом случае металл при штамповке тянется однородно.

Пластичность текстурованного металла анизотропна. При штамповке металл тянется неоднородно.

Управлять микроструктурой можно с помощью разных способов деформации и последующего нагрева.

Прокатка

При прокатке зерна меняют свою форму и ориентировку. Они сплющиваются и вытягиваются в направлении прокатки. Возникает текстура деформации. Кроме того, в зернах повышается концентрация структурных несовершенств.

Такое состояние металла является метастабильным. Для перевода в более стабильное состояние металл нагревают.

При этом, в искаженных участках микроструктуры возникают и растут новые, неискаженные равноосные зерна. Это и есть первичная рекристаллизация.

Возникшие зерна значительно меньше по размерам, чем исходные. При дальнейшем нагреве эти зерна укрупняются. Происходит собирательная, либо вторичная рекристаллизация. (В фильме эти стадии не рассматриваются).

В целом, под рекристаллизацией понимают процесс замены одних зерен данной фазы, другими зернами той же фазы, с меньшей энергией.

Пластическая деформация и рекристаллизация

Пластическая деформация

Изменения формы зерен при деформации происходит, в основном, путем перемещения дислокаций по плоскостям скольжения. Атомный механизм этого процесса связан с образованием и скольжением дислокаций. Линии сдвига являются местом скопления скользящих дислокаций.

По мере увеличения деформации, дислокации движутся в новых системах скольжения. Повышается плотность дислокаций. Взаимодействие полей напряжения вокруг дислокации, вызывает их сложные сплетения. При этом металл упрочняется и становится менее пластичным.

Наблюдать изменения дислокационной структуры внутри зерна можно с помощью электронного микроскопа, при увеличении в десятки тысяч раз. При этом, дислокации видны как темные линии, а скопления дислокаций, как темные области.

На первой стадии упрочнения дислокации движутся, в основном, в одной системе скольжения.

На второй стадии начинается скольжение в нескольких системах.

На третьей стадии образуются сложные сплетения дислокаций, возникает ячеистая структура. Ячеистая структура, важнейший признак третьей стадии упрочнения.

В объеме ячеек плотность дислокации относительно невелика. В основном, они сосредоточенны в стенках ячеек. Толщина стенок может отличаться от нескольких сотен ангстремов, до нескольких долей микрона.

Тонкие стенки характерны для металлов с высокой энергией дефектов упаковки. Размытые стенки характерны для металлов с малой энергией дефектов упаковки.

В середине зерна ячейки незначительно разориентированы друг относительно друга. У границы зерна разориентировка значительно сильнее. Если скольжение дислокаций затруднено, деформация реализуется двойникованием. При этом, атомы кристаллита закономерно сдвигаются относительно плоскости двойникования.

Изменения в структуре деформированного металла при его нагреве

Отдых и полигонизацию часто объединяют в одну стадию – возврат.

Отдых происходит при низких температурах. Ниже десятой доли температуры абсолютной доли плавления. Он связан с уменьшением концентрации точечных дефектов.

Вакансии – межузельные атомы и их комплексы, стекают в дислокации и в границы. Об отдыхе можно судить по выделению тепла, определяемому с помощью колориметра. Либо по изменению электросопротивления, которое существенно снижается при отдыхе. Прочность на этой стадии практически не меняется.

Полигонизация связана с перераспределением дислокаций. Она происходит при более высоких температурах, так как требует больше энергии активации.

При нагреве слабо деформированного металла дислокации перераспределяются в энергетически более выгодные стенки, перпендикулярные плоскостям скольжения. Эти стенки являются границами субзерен – полигонов.

При нагреве после сильной деформации, когда сформировалась ячеистая структура, полигонизация заключается в перераспределении дислокаций в стенках ячеек. Эти стенки сплющиваются и превращаются в плоские субграницы повышенной кривизны.

Образование таких субграниц происходит не одновременно во всем объеме. В результате сплющивания стенок, ячейки превращаются в субзерна. Затем, субзерна укрупняются.

Укрупнение может реализоваться двумя механизмами:

Первичная рекристаллизация происходит при высоких температурах. Порядка трех-четырех десятых от абсолютной температуры плавления.

Формирование центров рекристаллизации можно наблюдать с помощью электронного микроскопа. Зародыши первичной рекристаллизации, прежде всего, возникают у тройных стыков границ исходных зерен. А так же вдоль этих границ. Там где при деформации решетка была сильнее всего разориентирована.

При дальнейшем нагреве, зародыши рекристаллизации растут миграцией своих границ. Существенно, что зародыши имеют ориентировку того субзерна, из которого они образовались.

Во время роста новые зерна сталкиваются между собой. Возникают тройные стыки. Наиболее стабильны те стыки, в которых граница зерен образует углы в 120 градусов.

Чем более углы в стыках отличаются от 120 градусов, тем быстрее мигрируют их границы.

В результате многократных столкновений, зерна приобретают форму многогранников. После небольших и средних деформаций, когда разные зерна искажены неодинаково, менее искаженные зерна растут миграцией своих границ за счет более искаженных. Возникшие выступы играют роль зародышей первичной рекристаллизации.

Чем больше центров рекристаллизации возникло, тем меньше, конечно, размер зерна. Число центров зависит от степени деформации.

Диаграмма рекристаллизации иллюстрирует это положение.

Перед вами микроструктура металла после разных степеней деформации. Нагрев после слабых деформаций не вызывает образование центров. Размер зерна не изменяется.

При нагреве после критической степени деформации возникает мало центров, зерно резко укрупняется.

При нагреве после закритической степени деформации, зарождается много центров. Зерно резко измельчается.

Первичная рекристаллизация завершается, когда весь объем металла заполняется новыми зернами.

Рекристаллизация, это важная, а для металлов и сплавов, не испытывающих фазовых превращений, единственное средство управления их структурой.

Источник