4. Двумерные диаграммы и их характеристики.

Поскольку главная движущая сила рекристаллизации – энергия дефектов решётки, в большинстве случаев вырастающие из зародышей относительно мелкие зёрна успевают занять весь объём поликристалла и деформированная матрица исчезает. На этом заканчивается первичная рекристаллизация.

При дальнейшем нагреве новые зёрна не возникают, а растут за счёт соседних зёрен. Скорость перемещения границ зёрен на этой стадии меньше. Указанный процесс огрубления структуры называют собирательной рекристаллизацией. Основной движущей силой собирательной рекристаллизации является стремление к уменьшению зернограничной энергии, происходящее из-за уменьшения границ зёрен.

Для большинства промышленных металлов разнозернистость или наличие в структуре равномерных крупных зёрен нежелательно. Для получения равномерно мелкого зерна выбирают суммарную степень деформации и длительность отжига по диаграмме рекристаллизации и применяют ряд дополнительных технологических приёмов.

На практике широко применяют такие двумерные диаграммы, показывающие влияние температуры и длительность отжига на механические свойства материала (см. рис.4.1) на рис.4.1.а, и виден температурный интервал рекристаллизации (заштрихованная зона). Видно, что при t = 400-600⁰С временное сопротивление _В снижается, примерно с 800 Мпа до 450 Мпа, то есть примерно в 2 раза. Вверху показано изменение рекристаллизованного зерна и рост зёрен при t  900⁰С, сопровождающийся снижением показателя прочности _В .

Рис. 4.1.б иллюстрирует снижение наклёпа (упрочения) в зависимости от времени отжига при различных температурах отжига. Видно, что при одном и том же времени отжига, доля наклёпа существенно уменьшается с ростом температуры. Например, при  = 300 мин, с ростом температуры от 300 до 500⁰С доля наклёпа уменьшается с 90% до 25%. За 100% принят наклёп после холодной деформации.

Диаграммы типа 4.1.б позволяют проследить влияние длительности отжига при данной температуре.

Рис4.1. Зависимость временного сопротивления технического железа от температуры отжига после наклёпа и изменение микроструктуры при отжиге (а), кинетика восстановления предела текучести после отжига (б).

5. Влияние степени деформации (коэффициента укова) на механические свойства поковки.

Критической степенью деформации называется такая степень пластической деформации металла, в результате которой при данной температуре рекристаллизационного отжига в случае холодной деформации или при данной температуре горячего деформирования зерно достигает наибольшей величины.

Увеличение степени деформации способствует увеличению числа центров рекристаллизации, а следовательно, и числа рекристаллизованных зёрен, что при данном объёме тела даёт уменьшение их размеров.

На рис. 4.1. показан характер изменения величины зерна в зависимости от степени деформации при постоянной температуре. Критическая степень деформации соответствует точки а . Точка с определяет величину зерна при критической степени деформации. Из рис.4.1. видно, что в интервале степеней деформации от точки а до точки в величина зерна значительно больше величины зерна недеформированного металла.

Рис.5.1. Изменение величины зерна в зависимости от степени деформации при

постоянной температуре.

Величина зерна в интервале критических степеней деформации изменяется неравномерно: при критической степени деформации она скачкообразно достигает максимума, а потом, с увеличением степени деформации плавно уменьшается до величины зерна недеформированного металла.

Местоположение интервала критических степеней деформации и величина зерна в нём зависит от следующих факторов:

1. С повышением температуры критическая степень деформации уменьшается.

2. С повышением температуры величина зёрен, соответствующая критической степени деформации, увеличивается.

3. С увеличением скорости деформации критическая степень деформации уменьшается.

4. С повышением температуры интервал критических степеней деформации расширяется.

Длительное время считалось, что рассмотренный вид диаграммы рекристаллизации является типовым. Однако опытами В.П. Северденко совместно с Я.Х.Сартаном было установлено, что в области высоких обжатий ( порядка 95% и выше) имеется подъём кривых, отвечающий второму максимальному размеру зерна (рис.4.2.)

Объяснить появление второго максимума на диаграмме рекристаллизации можно происходящем в металле процессом собирательной рекристаллизации, которая состоит в том, что размеры равноосных зёрен, полученных в результате рекристаллизации , увеличиваются за счёт их объединения.

Рис.5.2. Диаграмма рекристаллизации с двумя максимумами при постоянной температуре.

Из рассмотрения диаграмм рекристаллизации вытекает, что сочетанием степени холодной деформации и режима рекристаллизации можно получить зёрна различной величины, что имеет большое значение для процесса обработки давлением и для придания металлу необходимых служебных свойств.

При обработке металлов давлением когда рекристаллизационный отжиг является промежуточным между этапами холодной деформации, получение крупнозернистого строения нежелательно, так как это понижает пластичность металла. В большинстве случаев крупнозернистый металл нежелателен и при изготовлении изделий из конструкционных и инструментальных сталей. В этих случаях необходимо избегать условий деформирования, создающих крупнозернистый металл, в частности избегать критических степеней деформации. Для электротехнических сталей, наоборот, во многих случаях желательно иметь крупнозернистое строение.

На рис. 5.3.приведены графики, иллюстрирующие механические свойства углеродистой стали в зависимости от степени обжатия (коэффициента укова).

Под степенью обжатия понимается отношение исходной площади поперечного сечения к текущему её значению. Из рис.5.3. видно, что показатели пластичности в продольном направлении в начале интенсивно увеличиваются до степени обжатия F₀ / F₁  4, затем медленно увеличиваются до F₀ / F₁ = 10-12. Показатели пластичности в поперечном, относительно волокон, направлении в начале увеличиваются, а затем достигнув максимального предела начинают быстро снижаться.

Рис.5.3. Изменение механических свойств углеродистой стали в зависимости от степени обжатия: а – образцы с продольным расположением волокон, б – с поперечным.

При обработке металлов давлением обычно стремятся вести процесс деформирования таким образом, чтобы волокна макроструктуры были расположены в направлении наибольших нормальных напряжений, возникающих в детали при нагружении в условиях её работы.