21. Изменение структуры и свойств стали при холодной деформациие. Наклеп и рекристаллизация. Критическая степень деформации.

В тех случаях, когда необходимо получить тонкие листы, ленты, мелкие профили точных размеров с высоким качеством поверхности, применяют холодную прокатку. Кстати, тонкие листы и ленту толщиной менее 1,5 мм получить методом горячей прокатки невозможно, так как они быстро остывают.

Холодная прокатка является заключительным этапом изготовления перечисленных видов продукции. Вначале методом горячей прокатки получают листы, ленты и профили, близкие по размерам к окончательным, а затем холодной деформацией на соответствующем оборудовании доводят их до нужных размеров и чистоты. При холодной прокатке металл быстро наклепывается и перестает воспринимать деформацию. Предел прочности при этом повышается в

1,5-3 раза, а предел текучести – в 3-5 раз.. Структура такого металла представляет собой текстуру – на микро-шлифах, приготовленных в плоскости поперечного сечения, независимо от того, вдоль или поперек прокатки, видны только густо расположенные темные полоски, параллельные друг другу и плоскости листа. Чтобы продолжить деформацию и не допустить появления трещин и разрывов, листы и другие профили подвергают отжигу. Что происходит в наклепанном металле при нагреве? При нагреве до сравнительно низких температур (не выше 0,3 Т_пл) протекает процесс так называемого возврата, при котором происходит уменьшение внутренних напряжений, частичное исправление нарушений кристаллической решетки (за счет увеличения подвижности атомов), но заметных изменений структуры не происходит. Несколько снижается прочность, повышается пластичность (рис.28). При дальнейшем повышении температуры подвижность атомов возрастает в еще большей степени, и при достижении определенной температуры происходит образование новых равноосных зерен – рекристаллизация. Рекристаллизация является диффузионным процессом. Сначала на участках с повышенной плотностью дислокаций (на границах деформированных зерен, по плоскостям сдвига внутри зерен) возникают зародыши новых рекристаллизованных зерен, которые затем растут за счет перехода к ним атомов от деформированных участков до полного ис-чезновения текстуры (первичная рекристаллизация).

Если продолжить повышение температуры, то начнется рост одних зерен за счет других – так называемая собирательная рекристаллизация.

Стоит упомянуть еще и о таком понятии, как критическая степень деформации. При малых степенях деформации (менее 3%), когда в зернах мало искажений кристаллической решетки, нагрев не вызывает рекристаллизации. При деформации 3-15% величина зерна после отжига резко возрастает и может во много раз превысить размер исходного зерна. Такую степень деформации и называют критической.

23 Термическая обработка - технологический процесс теплового воздействия на металл, состоящий из нагрева, выдержки и охлаждения по определенным режимам с целью направленного изменения структуры и свойств сплава. Процессы термической обработки классифицируют по нескольким признакам.

По моменту проведения различают предварительную, промежуточную и окончательную термообработку.Предварительной термообработке обычно подвергают полуфабрикаты: слитки, прокат, поковки, а также литые детали. Основное назначение предварительной термообработки – исправление (измельчение и выравнивание) грубой структуры, образовавшейся при операциях, связанных с кристаллизацией или высокотемпературным нагревом, устранение химической и структурной неоднородности, получение структуры, хорошо поддающейся обработке резанием. Чаще всего в качестве предварительной термообработки используют отжиг и нормализацию. Промежуточная термообработка нужна , когда в процессе формообразования детали в ней возникают напряжения, наклеп, нежелательные структурные изменения, например, при холодной штамповке, сварке, или происходит насыщение водородом. В таких случаях детали подвергают или отжигу для снятия напряжений, или рекристаллизационному отжигу, или обезводороживающему нагреву. Окончательной термообработке подвергаются готовые детали, как правило, с небольшим припуском для последующего удаления в необходимых местах поверхностного слоя, в котором при термообработке произошли те или иные изменения (обезуглероживание, образование окалины).В преобладающем большинстве случаев окончательная термообработка является упрочняющей, т.е. проводится для придания детали необходимой прочности в сочетании с заданными значениями пластичности и вязкости.

Этапы термообработки Состоит из трех этапов: нагрева, выдержки и охлаждения. Назначение нагрева – придать детали требуемую температуру по всему сечению на заданную глубину. Параметры нагрева: температура нагрева, скорость нагрева, продолжительность нагрева. Температура нагрева может быть выше или ниже критических точек (для сталей – это Ас₁, Ас₃,Ас_m). Скорость нагрева зависит от вида рабочей среды (воздух печи, расплав солей), от применяемого оборудования (электропечь, пламенная печь, соляная ванна, установка ТВЧ) и теплопроводности металла. Продолжительность нагрева рассчитывается по известным формулам, учитывающим начальную и конечную температуру нагрева, теплоемкость и теплопроводность металла, соотношение между площадью поверхности и объемом детали. Расчетное время нагрева должно обеспечить сквозной нагрев детали до заданной температуры.Время выдержки зависит от марки стали и принимается у простых сталей равным времени нагрева, а у высоколегированных может быть увеличено в несколько раз. Цель выдержки – устранить химическую и структурную неоднородность зерен и окончательно выровнять температуру по сечению детали.

Скорость охлаждения является этапом, режим проведения которого определяет вид термообработки. Охлаждение с печью применяют обычно при отжиге. Оно дает равновесное охлаждение, при котором все диффузионные процессы и фазовые превращения успевают произойти постепенно, полностью, без возникновения напряжений. Такой вид охлаждения обеспечивает получение высокой пластичности. При охлаждении на воздухе часть диффузионных процессов не успевает произойти, в результате чего происходит распад высокотемпературной модификации (у сталей это аустенит) с образованием нерав-новесных структур. Возможно возникновение термических и структурных напряжений.

При более быстром охлаждении с использованием жидких сред подавляются практически все диффузионные процессы.

24 Превращения в углеродистой стали при нагреве. Критические точки. Итак, критическими точками называются температуры, в которых сталь претерпевает превращения, сопровождающиеся изменением структуры и свойств. На диаграмме состояния они представляют собой точки пересечения вертикальной линии, соответствующей конкретной концентрации углерода в сплаве, с линиями диаграммы. На приведенном рисунке видно, что точка Ас₁ для всех сплавов с содержанием углерода 0,02% одинакова (727^оС ), а положение точек Ас₃(Аr₃) и Аc_m изменяется в зависимости от содержания углерода. Приведенные критические точки действительны для двойных сплавов железа с углеродом и для равновесного нагрева и охлаждения. Ускорение нагрева и охлаждения смещает положение критических точек по вертикали. При быстром нагреве или охлаждении не успевают пройти необходимые диффузионные процессы, и поэтому при нагреве точки смещаются вверх, а при охлаждении – вниз.

25 Рост зерна аустенита. Перегрев и пережог. При небольшом повышении т. Ас3 и Асп структура состоит из мелких зерен аустенита . При повышении температ. зерно быстро растет. Существует наследственно мелкозернистые и крупнозернистые стали. В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000-1050^оС) зерно растет незначительно, однако при более высоком нагреве происходит бурный рост зерна к мелкозерн. относят Ti,V). В наследственно крупнозернистой стали, сильный рост зерна начинается даже при незначительном перегреве выше Ас_{1 .}

Понятия "наследственно крупнозернистая сталь" и "наследственно мелкозернистая сталь" характеризуют склонность стали к росту зерна в

области температур 900-1000^оС. Действительное зерно – это фактическое зерно, образовавшееся в стали в результате проведения той или иной обработки и существующим в данный момент. Наследственное зерно – зерно, образовавшееся в стали в результате проведения специальной высокотемпературной обработки по стандартному режиму. Определение величины наследственного зерна проводится с целью проверки склонности стали к росту зерна при повышенных температурах. Перегрев – чрезмерный рост зерна, не устраняемый последующей термообработкой по обычным режимам. Возникает при нагреве слитков или блюмсов под прокатку. Пережог – следующая за перегревом стадия, выражающаяся в окислении границ вплоть до разобщения зерен.