Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
1. Деформация
17-1235
258
Глава 11
Таблица 11.1
Результаты измерения запасенной энергии в меди чистоты 99,999%
в области малых деформаций и выявляется тенденция к постепенному уменьшению размера рекристаллизованных зерен с возрастанием степени деформации (фиг. 11.13).
В чистых металлах, таких, как алюминий и железо, критическая деформация соответствует удлинению на 1—5% при растяжении, но зависит от температуры отжига (фиг. 11.13) и для данной температуры обычно повышается при легировании. Рост зерна в критических условиях можно провести контролируемым образом для получения монокристаллов методом деформация — отжиг (гл. 2). С другой стороны, на практике это явление
часто оказывается нежелательным при отжиге наклепанного материала, в котором имеются участки, сильно различающиеся по степени деформации. Подобное явление может иметь место в случае экструзии при повышенных температурах, когда рекристаллизация происходит во время процесса обработки и градиенты деформации могут приводить к образованию в некоторых участках очень крупных зерен, ухудшающих механические свойства изделия.
Поскольку плотность дислокаций в металле возрастает с увеличением степени деформации, очевидно, что запасенная энергия также будет возрастать. Гордон [20], исследуя высокочистую медь (99,999%), подтвердил это и показал, что доля энергии, выделяемой во время возврата, уменьшается с увеличением степени деформации (табл. 11.1). Эта тенденция непрерывно прослеживается до очень больших степеней деформации также в случае меди чистоты 99,98%, в которой после истинной деформации 1,25 запасенная энергия составляет 12 кал/г-атом.
Удлинение, % Выделяемая энергия, кал/г-атом иг/и
во время возврата, Ог во время рекристаллизации, U
10,8 0,27 2,52 0,10
17,7 0,19 3,62 0,05
30,0 0,25 5,00 0,05
39,5 0,19 6,21 0,03
2. Температура
Для данной степени деформации процесс рекристаллизации будет происходить быстрее, если температура выше (фиг. 11.8). Очевидно, этот процесс является термически активируемым и, как установлено экспериментально, для данной стадии превращения, например для степени превращения 50 %, время t связано с температурой соотношением
Ae~QR/RT, (11.3)
где QR — энергия активации процесса рекристаллизации. Энергию легко определить из нескольких экспериментов, проведенных в некотором интервале температур, но она не характеризуется единственным значением, не зависящим от переменных факторов, например от деформации или степени чистоты металла. Однако в ограниченном интервале для конкретного материала время и температура взаимозависимы.
Исследования выделения запасенной энергии в процессе изотермических выдержек при различных температурах показывают влияние температуры на рекристаллизацию [201. С повышением температуры максимум выделения энергии смещается к меньшим временам выдержки (фиг. 11.8), а сами максимумы становятся острее, хотя общая величина выделяемой энергии не изменяется. Критическую деформацию можно также использовать в качестве критерия начала рекристаллизации. Чем выше температура отжига, тем. меньше критическая деформация (фиг. 11.13).
Отжиг деформированных металлов
259
8, Степень чистоты
Как правило, чем чище металл, тем ниже температура начала рекристаллизации при одинаковых прочих условиях. Отчасти это обусловлено стремлением атомов примесей сегрегировать на внутренних поверхностях раздела, например на границах зерен, которые являются преимущественными местами образования зародышей рекристаллизации. Так, например, в меди промышленной чистоты рекристаллизация после сильного наклепа начинается в области температур 200—500° С, а чистая медь после подобной деформации рекристаллизуется при комнатной температуре. Были проведены измерения выделения запасенной энергии на меди двух различных степеней чистоты после одинаковой деформации кручения [33]. В пределах ошибки эксперимента количество выделявшейся энергии было в каждом случае одинаковым, но процесс происходил различными путями (фиг. 11.7). Для более чистого материала (кривая В) максимум на кривой выделения запасенной энергии, соответствующий стадии рекристаллизации, выше и острее, тогда как для менее чистого металла значительное количество запасенной энергии выделяется до рекристаллизации.
Подобное поведение наблюдается также для никеля различной степени чистоты. Кроме того, при наличии примесей (главным образом фосфора) температура рекристаллизации меди повышается на 150°. Аналогичные результаты были получены на меди с мышьяком, в которой, как было установлено, количество выделяемой запасенной энергии больше, чем в чистой меди. Это различие, по-видимому, не обусловлено какими-либо фундаментальными причинами, поскольку в случае более чистой меди некоторая часть энергии выделяется во время деформации или до начала измерений. Влияние фосфора и мышьяка на повышение температуры рекристаллизации и выделение большего количества энергии во время возврата связано с сегрегацией атомов этих элементов на дислокациях (явлением деформационного старения). При этом затрудняется переползание дислокаций при низких температурах отжига, что не способствует образованию зародышей рекристаллизации.
