Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
К пониманию вопроса можно подойти путем изучения изменений физических и механических свойств при нагревании деформированного металла; эти свойства отражают структурные изменения, включающие движение, перераспределение и аннигиляцию точечных дефектов и дислокаций, а также замещение деформированных зерен рекристаллизованными. Структурные исследования могут проводиться методами рентгеновской дифракции, световой и электронной микроскопии. Хотя многие структурные изменения происходят при повышенных температурах, точечные дефекты достаточно подвижны значительно ниже комнатной температуры даже в металлах с умеренно высокой температурой плавления, таких, как медь и железо; поэтому полные сведения о процессах возврата должны включать данные о структурных изменениях при низких температурах.
При рассмотрении указанных явлений мы примем ту же последовательность изложения, что и в предыдущих главах при описании процессов деформации: рассмотрим вначале поведение монокристаллов,
§ 2. Процессы возврата в монокристаллах
Монокристаллы, подвергнутые упрочнению на первой стадии, в особенности кристаллы цинка и кадмия, которые деформируются по одной системе скольжения, способны к полному возврату механических свойств при комнатной температуре. Классическая работа Хаазе и Шмида [5] на кристаллах цинка показала, что даже после существенной пластической деформации кристалл, выдержанный 24 ч при комнатной температуре, претерпевает полный возврат свойств и напряжение течения снова достигает значения, свойственного недеформированному кристаллу. Такой процесс может быть повторен несколько раз. Кристаллы цинка, деформированные простым
246
Глава 11
сдвигом [6], также претерпевают полный возврат свойств после выдержки при комнатной температуре. Кривые напряжение сдвига — сдвиговая деформация, полученные при испытаниях после возврата, совпадают с первоначальными в пределах ошибки эксперимента. Кинетика процесса возврата в кристаллах цинка при различных температурах иллюстрируется графиками фиг. 11.1. Было найдено, что возврат напряжения течения /?, определяемый выражением R — (от — о)/(ат — о0), где ат — напряжение течения наклепанного кристалла, а — напряжение течения кристалла после
JO І і і ' '_I_1_1_I_I_!_
О 20 40 60 80 /00
Время возврата, мин
Ф и г. 11.1. Возврат деформированных [кристаллов цинка при различных температурах [6].
возврата, O0— начальное напряжение течения, изменяется почти линейно с величиной In 9, которая представляет собой температурно-компенсирован-ное время:
1ае = 1п*-^. (11.1)
На фиг. 11.2 показан график получаемой почти линейной зависимости. Энергия активации процесса составляет 20 ООО кал/моль, что приблизительно
П7
0,6 -
Pet 05 О g
! 0,4 -
ja 03 - о Sr °
0,2
0,1
п і I I I
-40 -38 -36 -34 -3Z -30
ІП0
Фиг. 11.2. Зависимость возврата R деформированных кристаллов цинка от величины
InG = In t - QiRT [6].
соответствует энергии активации диффузии вакансий в цинке. Коттрел и Айтекин [7] получили большее значение энергии активации процесса возврата в цинке и установили, что энергия активации уменьшается с увеличением деформации.
Ряд исследований на монокристаллах цинка [7] и алюминия [8] показал, что приращение х некоторой физической или механической характеристики
Отжиг деформированных металлов
247
при возврате относительно той же характеристики недеформированного металла связано логарифмической зависимостью с временем возврата /, так что
x = b — alnt, (11.2)
где а и 6— постоянные» или
dz а
~аТ^ T'
Скорость изменения этой характеристики обратно пропорциональна времени, будучи наибольшей в начале процесса (фиг. 11.1). Такое поведение подтверждается в отношении различных физических и механических характеристик, но особенно четко установлено для напряжения течения и электросопротивления.
Полный возврат, происходящий в кристаллах цинка, обычно не обнаруживается в кристаллах, в которых возможно скольжение по нескольким системам, например в алюминии. Даже после небольших деформаций возврат характеристик до значений, типичных для отожженных металлов, в результате нагревов в соответствующей области температур не происходит. Если деформация ограничивается первой стадией кривой напряжение — деформация, то возможен почти полный возврат, но даже на этой ранней стадии осуществляется скольжение по другим системам и, следовательно, могут иметь место необратимые дислокационные реакции, которые приводят к началу образования сеток, устойчивых до высоких температур и повышающих напряжение течения относительно значения, характерного для недеформированного кристалла.
Можно показать, что деформация кристаллов цинка н кадмия, последствия которой полностью снимаются во время возврата, не вызывает значительных структурных изменений, таких, как образование субзерен. Рефлексы на рентгенограммах от кристаллов кадмия после растяжения на 100—200% остаются резкими [91, а отжиг до полного возврата свойств происходит без рекристаллизации. С другой стороны, на лауэграммах от кристаллов алюминия, на которых после деформации заметен астеризм пятен (полосчатость), в результате отжига пятна становятся резче, но остаются фрагментнрованными. Эти эффекты своим происхождением обязаны прежде всего развитию локальных неоднородностей, таких, как полосы сброса, являющиеся областями искривленной решетки, в которых может происходить скольжение по вторичным системам (гл. 8). Структуры подобного типа нельзя полностью устранить путем обычного процесса возврата, протекающего путем скольжения и переползания дислокаций. Кристаллы алюминия, слегка деформированные растяжением, рекристаллизуются, если температура отжига достаточно высока [101, в отличие от поведения кристаллов кадмия или цинка, которые рекристаллизуются только в случае сильного изгиба или двойникования.
