4.3. Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла

Размер зерна рекристаллизованного металла существенно влияет на его свойства. Металлы и сплавы, имеющие мелкое зерно, обладают большей прочностью и вязкостью. В ряде случаев необходимо, чтобы металл имел крупное зерно. Например, при крупном зерне техническое железо и трансформаторная сталь обладают более высокими магнитными свойствами.

На размер зерна после рекристаллизации влияют следующие факторы: 1) размер исходного зерна: чем меньше его размер, тем меньше размер и рекристаллизованного зерна; 2) температура нагрева : с увеличением температуры размер зерна возрастает; 3) время нагрева: при увеличении продолжительности нагрева величина зерна возрастает; 4) степень деформации перед нагревом (рис. 4.2):

D_исх

₁ _кр

₃

₄



D

Рис. 4.2. Влияние степени пластической деформации () на величину

рекристаллизованного зерна (D): D_исх – исходный размер зерна;

_кр – критическая степень деформации

1) ε₁<ε_кр, t_н ≥t_рек

При очень маленьких степенях деформации при нагреве рекристаллизации не происходит.

2) ε=ε_кр, t_н ≥t_рек

При 3…15 % деформации в результате нагрева величина зерна резко возрастает и может в несколько раз превысить величину исходного зерна. Такую степень деформации называют критической. При сравнительно небольших степенях деформации в металле всегда есть зёрна, в которых деформация не начиналась. Поэтому рекристаллизация протекает не по механизму первичной рекристаллизации, связанной с возникновением новых зародышевых центров на границах зёрен. Роль зародышевых центров играют старые недеформированные зёрна. Такую рекристаллизацию называют бесцентровой.

3) ε₃>ε_кр, t_н≥t_рек

Если степень деформации увеличивается по сравнению с критической, то количество недеформированных зёрен уменьшается и поэтому постепенно бесцентровая рекристаллизация переходит в обычную первичную рекристаллизацию, которую иногда называют центровой.

4) ε₄>>ε_кр, t_н ≥t_рек

При больших степенях деформации в результате нагрева происходит только первичная рекристаллизация. При этом, чем больше степень деформации, тем больше возникает зародышевых центров. Следовательно, зерно получается более мелким. Таким образом, критической называют минимальную степень деформации, начиная с которой при нагреве становится возможным процесс рекристаллизации.

4.4. Холодная и горячая деформации

В зависимости от соотношения температуры, при которой происходит деформация, и температуры рекристаллизации данного металла различают холодную и горячую деформации.

Холодная – это такая деформация, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации (t_деф<t_рек). Холодная деформация сопровождается наклёпом, то есть прочность и твёрдость металла повышаются, а пластичность и вязкость снижаются.

Горячая – это такая деформация, которую проводят при температуре выше температуры рекристаллизации (t_деф>t_рек). При горячей деформации одновременно с наклёпом идёт процесс рекристаллизации, который этот наклёп снимает.

Горячую деформацию в зависимости от состава сплава и скорости деформации проводят при температурах 0,7…0,75 Т_пл.

Конечные свойства металла после горячей деформации зависят от того, успеет ли в полном объёме пройти рекристаллизация. Если успеет, то никакого упрочнения металла после горячей деформации не будет. Его свойства останутся примерно такими, какими были до деформации. Если рекристаллизация пройдёт не полностью, тогда некоторое упрочнение металла может быть и после горячей деформации.

Если металл после деформации имеет частично рекристаллизованную структуру, в этом случае деформацию можно называть неполной горячей или тёплой.

Примеры:

1) Свинец t_пл=327 С, t_деф=20 С. Какая деформация?

Т_рек=0,4 Т_пл, Т_рек =0,4(327+273)=240 К; t_рек=240–273= –33 С; t_деф>t_рек.

Деформация горячая.

2) Вольфрам t_пл=3380С, t_деф=1000 С. Какая деформация?

Т_рек=0,4 Т_пл, Т_рек=0,4(3380+273)=1461 К; t_рек=1461–273=1188 С; t_деф<t_рек.

Деформация холодная.