Деформации при нагреве металла. Возврат и рекристаллизация
При нагревании в деформируемом металле возникают разупрочняющие процессы, а именно – возврат и рекристаллизация. Следовательно, при нагревании металла в нем в процессе деформации протекают одновременно упрочняющие и разупрочняющие процессы.
При холодной пластической деформации металла вследствие неравномерного распределения деформаций возникают дополнительные напряжения I, II и III родов, которые сохраняются в металле после снятия внешних сил в виде остаточных напряжений. При нагреве металла до определенных температур амплитуда тепловых колебаний атомов возрастает, что облегчает их возвращение в положения равновесия. В связи с этим обеспечивается снижение остаточных напряжений. Это явление называется возвратом (отдыхом). Для чистых металлов явление возврата проявляется при температурах порядка (0,25-0,30)Tпл, где Тпл – абсолютная температура плавления. Наличие растворимых примесей в металле повышает температуру возврата. Возврат несколько снижает сопротивление деформированию и увеличивает пластичность. Однако при температурах возврата неизбежно происходит упрочнение, хотя и меньшее, чем без нагрева. При этом также характерно образование волокнистости, полосчатости и текстуры из-за интенсивного вытягивания зерен в направлении их наибольшего течения. Возврат протекает во времени и с увеличением температуры скорость его возрастает. Повышение скорости деформации при данной температуре снижает эффект возврата. Следовательно, эффект возврата зависит от соотношения между температурой и скоростью деформации.
Нагрев холоднодеформированного металла до температур возврата также несколько снижает показатели прочности и увеличивает пластичность, повышает сопротивление коррозии и уменьшает самопроизвольное растрескивание сплавов (особенно латуни) под действием остаточных напряжений.
У ряда сплавов, например, углеродистой стали, при температурах возврата может возникнуть явление старения, приводящее к увеличению показателей прочности и снижению пластичности вследствие выпадения мелкодисперсных частиц примесей (карбидов) по плоскостям скольжения, что затрудняет движение дислокаций.
Увеличение температуры нагрева деформируемого металла выше температуры возврата приводит к возникновению явления рекристаллизации.
Рекристаллизация при пластической деформации – есть возникновение и рост новых зерен взамен деформированных. Для чистых металлов рекристаллизация происходит при 
, для сплавов Трекр обычно выше. Зародышами новых зерен являются имеющиеся в деформируемом металле ячейки с относительно правильной, не искаженной в процессе деформирования решеткой (блоки мозаики, обломки зерен). К зародышам за счет диффузионных процессов пристраиваются смежные атомы и начинают расти новые зерна. Поскольку вероятность роста в разных направлениях одинакова, то в итоге формируются равноосные зерна практически одинакового размера. Увеличиваясь в размере, вновь зарождаемые зерна полностью поглощают деформированные.
Таким образом, деформация металла при температурах выше температур рекристаллизации сопровождается одновременно деформацией зерен (упрочнением) и их рекристаллизацией (разупрочнением). Рекристаллизация проходит во времени с определенной скоростью, которая зависит от температуры и степени деформации. Чем они выше, тем выше скорость рекристаллизации. Конечный результат зависит от соотношения между скоростью деформации и скоростью рекристаллизации. Если в процессе деформации рекристаллизация успевает протекать во всех зернах, то изменения свойств металла, вызываемого упрочнением (за счет искажения зерен), не происходит.
Различают два вида рекристаллизации:
1 – обработки или первичную, когда происходит зарождение новых зерен за счет деформированных
2 – собирательную, когда рекристаллизованные зерна растут одни за счет других.
Диаграммы рекристаллизации
Размеры равноосных зерен при деформировании с наличием рекристаллизации зависят от температуры и степени деформации. С повышением степени деформации растут искажения решетки, в результате увеличиваются скорости зарождения центров кристаллизаций и линейного роста зерен. Причем скорость зарождения центров выше, чем скорость роста зерен. Поэтому чем больше степень деформации, тем мельче зерна.
При степенях деформации менее 8-10% малы искажения решетки, границы между зернами не разрушены и рекристаллизация не происходит, поэтому зерна имеют исходный малый размер. По достижении степени деформации порядка 8-10% называемой критической, число центров рекристаллизации невелико, но происходит уже разрушение межзеренной прослойки. Поэтому при наличии рекристаллизации происходит слияние зерен, что приводит к резкому увеличению их размеров. С увеличением степени деформации растет количество центров рекристаллизации (количество зерен), что приводит к уменьшению их размеров.
Связь между величиной зерна после деформации с рекристаллизацией, температурой и степенью деформации представляют объемными диаграммами 2-го рода.
С ростом температуры происходит увеличение размеров зерен для всех степеней деформации, т.к. при этом возрастает подвижность атомов, что облегчает слияние зерен и их рост.
При нагреве холоднодеформиро-ванного металла до температуры рекристаллизации картину роста зерна отражают диаграммой 1-го рода, аналогичной диаграмме 2-го рода.
У некоторых сплавов, например, стали, при больших степенях деформации и высоких температурах наблюдается второй максимум. Увеличение зерна в этой зоне обусловлено процессами собирательной рекристаллизации, когда из-за наличия текстуры и разрушения межзеренной прослойки происходит слияние зерен.
Собирательная рекристаллизация происходит медленнее, чем рекристаллизация обработки. Поэтому на величину зерна оказывает влияние время выдержки при данной температуре.
Крупнозернистый металл имеет низкую пластичность. В этом случае следует избегать условий обработки, создающих крупнозернистую структуру.