26.Наклеп, кристаллизация, возврат.

Наклёп (нагартовка) — упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. Наклёп сопровождается выходом на поверхность образца дефектов кристаллической решётки, увеличением прочности итвёрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера).

Виды наклепа: Различают два вида наклёпа: фазовый и деформационный. Деформационный наклёп является результатом действия внешних деформационных сил. При фазовом наклёпе источником деформаций служат фазовые превращения, в результате которых образуются новые фазы с отличным от исходной (-х) удельными объёмами.

Кристаллиза́ция — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованиемкристаллов. Фазой называется однородная часть термодинамической системы отделённая от других частей системы(других фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав, структура и свойства вещества изменяются скачками.

Кристаллизация — это процесс выделения твёрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, в химической промышленности процесс кристаллизации используется для получения веществ в чистом виде.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости илипересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов — центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершённых атомных слоев (ступени) при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм роста и структуры кристаллов (многогранные, пластинчатые, игольчатые, скелетные, дендритные и другие формы, карандашные структуры и т. д.). В процессе кристаллизации неизбежно возникают различные дефекты.

На число центров кристаллизации и скорость роста значительно влияет степень переохлаждения.

Степень переохлаждения — уровень охлаждения жидкого металла ниже температуры перехода его в кристаллическую (твердую) модификацию. С.п. необходима для компенсации энергии скрытой теплоты кристаллизации. Первичной кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах (сплавах и жидкостях) при переходе из жидкого состояния в твердое.

Возврат металлов — процесс термической обработки, при котором происходит частичное восстановление физических и химических свойств деформированных металлов и сплавов без видимых изменений структуры. Основано на существовании кристаллической решётки вещества. Применяется для термической стабильности свойств и структуры металлов и повышения пластичности наклёпанных материалов.

Возврат производится при нагреве металлов и сплавов ниже температуры рекристаллизации^[1] путём удаления (стадия «отдыха») и последующего перераспределения с целью снижения концентрации (стадия «полигонизации») дефектов их кристаллической структуры, в первую очередь так называемых дислокаций^[2], которые не связаны с образованием и движением границ кристаллитов. Процессы при возврате протекают в различных температурных интервалах, поскольку дефекты кристаллического строения, появляющиеся при деформации от наклёпа, могут иметь совершенно различный характер и типы, а следовательно, энергия активации для этих процессов тоже требуется различная.

Во время отдыха происходит снижение концентрации точечных дефектов, после чего они аннигилируются и перемещаются к границам дислокациям; последние же перераспределяются путём скольжения в своих плоскостях, не образуя новые границы. Во время полигонизации дислокации перераспределяются посредством диффузии и скольжения, что сопровождается частичной аннигиляцией. В результате этой стадии образуются так называемые «полигоны» — области внутри кристаллитов, которые отделены друг от друга малоугловыми дислокационными границами и вследствие этого не содержат дислокаций. Полигонизация может являться начальной стадией рекристаллизации, если речь идёт о нагреве после больших деформаций. В этом случае важно уменьшить плотность дислокаций в материале, чтобы полностью удалить эффект холодной деформации^[3].

Во время второй стадии (полигонизации) для отслеживания структурных изменений применяется электронномикроскопический анализ тонких фольг, который может выполняться как «на просвет», так и с помощью оптического микроскопа после травления. Также анализу обязательно подвергаются формы рентгеновских рефлексов и рентгенограмма как таковая, на которой исследуется уменьшение ширины линий. При возврате металлов повышается их пластичность, но такие свойства, как электросопротивление, коэрцитивная сила, прочность, твёрдость и растворимость в кислотах, заметно уменьшаются; при этом некоторые из них (электросопротивление) восстанавливаются уже на стадии отдыха, другие (коэрцитивная сила, механические свойства) — только при полигонизации. В случае высокой энергии дефектов упаковки у металла степень восстановления его свойств при возврате больше, чем в случае низкой. При более высокой температуре нагрева и продолжительности процесса возврата степень восстановления свойств увеличивается.

Процесс возврата на стадии отдыха идёт при нагреве до температуры (0,05—0,2) tпл, при этом Q отдыха равна 0,1—0,7 эв. На стадии полигонизации возврат проходит при нагреве до (0,3—0,4) tпл, при этом Q полигонизации составляет 160,210·10-21 — 240,315·10-21дж (1,0—1,5 эв).