Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Изменение структуры при дорекристаллизационном отжиге






Холодная обработка давлением приводит металл в неравновесное состояние с повышенной энергией Гиббса. Наклепанный металл стремится самопроизвольно перейти в более равновесное состояние с меньшей энергией Гиббса. Восстановительные процессы сводятся в основном к уменьшению общего количества дефектов кристаллической решетки и перераспределению их в кристаллитах с образованием более равновесных конфигураций. Эти процессы совершаются путем перемещений атомов, и решающее влияние на них оказывает температура.

У большинства промышленных металлов и сплавов, исключая легкоплавкие, при комнатной температуре подвижность атомов недостаточна, чтобы обеспечить активное развитие восстановительных процессов, уменьшающих энергию Гиббса наклепанного материала. Чтобы частично или полностью устранить наклеп за практически приемлемое время, приходится проводить нагрев — отжиг после холодной обработкидавлением.

В зависимости от температуры и продолжительности отжига в холоднодеформированном металле протекают различные структурные изменения, которые подразделяют на процессы возврата и процессы рекристаллизации.

Совокупность любых самопроизвольных процессов изменения плотности и распределения дефектов в деформированных кристаллах до начала рекристаллизации называют возвратом.

Если возврат протекает без образования и миграции субграниц внутри деформированных зерен, то его называют возвратом первого рода, или отдыхом. Если же при возврате внутри деформированных кристаллитов формируются и мигрируют малоугловые границы, то его называют возвратом второго рода, или полигонизацией.

Отдых

Скорость отдыха максимальна в начальный момент и непрерывно уменьшается с увеличением времени изотермической выдержки. Характерная особенность отдыха — отсутствие инкубационного периода. Отдых — самая низкотемпературная разновидность среди всех явлений самопроизвольного перехода наклепанного металла в более равновесное состояние. Межузельные атомы аннигилируют на краевых дислокациях и при встрече с вакансиями. Вакансии мигрируют к дислокациям и границам зерен и здесь аннигилируют.

Другие процессы при отдыхе — перегруппировка дислокаций и взаимная аннигиляция дислокаций разного знака. В деформированных зернах дислокации распределены неравномерно. При отжиге из-за термической активации простое и поперечное скольжение и переползание дислокаций на небольшие расстояния приводят к такой их перегруппировке, что энергетические пики сглаживаются. Во время перегруппировок дислокации разного знака, встречаясь, аннигилируют, и общая плотность дислокаций несколько снижается. На стадии отдыха все перемещения дислокаций носят локальный характер; при отдыхе происходит лишь небольшое перераспределение дислокаций, а плотность дислокаций существенно не уменьшается. В технических металлах и сплавах дислокации закреплены примесями, что дополнительно затрудняет их перемещение в интервале температур отдыха. После холодной обработки давлением наиболее важным структурным изменением при отдыхе металлов и сплавов технической чистоты является уменьшение избыточной концентрации вакансий.

Атомы примесей и легирующих элементов могут стать ловушками точечных дефектов. Например, энергия искажений решетки вокруг примесного атома уменьшается, если в область искажений попадает вакансия. Выигрыш в энергии обеспечивает взаимное притяжение вакансии и примесного атома. Кроме упругого, между ними существует и электростатическое притяжение. Атомы примесей и легирующих элементов в твердом растворе, затрудняя перемещение вакансий, уменьшают скорость отдыха.

Полигонизация (poligon — многоугольник)

Теория дислокаций позволила объяснить механизм полигонизации. Остаточный изгиб кристалла связан с избытком краевых дислокаций одного знака (рисунок 3.1 а). Соответствующие им неполные вертикальные атомные плоскости, выходящие на верхнюю грань кристалла, действуют как клинья, изгибающие кристалл.

а — хаотичное распределение краевых дислокаций в изогнутом кристалле; б стенки из дислокаций после полигонизации Рисунок 3.1 - Схема полигонизации   При отжиге дислокации одного знака перераспределяются и выстраиваются одна над другой в стенки (рисунок 3.4, б). При этом под областью разрежения от одной дислокации оказывается область сгущения от другой дислокации и поля упругих напряжений дислокаций в значительной мере взаимно компенсируются. Стенка из дислокаций не имеет дальнодействующего поля напряжений. Следовательно, образование дислокационных стенок — энергетически выгодный процесс, который должен идти самопроизвольно, однако для его развития необходима термическая активация.

Важнейшая характеристика металла — энергия дефектов упаковки — сильно влияет на склонность к полигонизации. Чем меньше энергия дефектов упаковки, тем больше ширина растянутых дислокаций и труднее проходят процессы переползания и поперечного скольжения, необходимые для полигонизации. Атомы примесей тормозят полигонизацию из-за образования атмосфер Коттрелла, затрудняющих перераспределение дислокаций скольжением и переползанием. При одинаковой температуре отжига более чистый металл полигонизуется за более короткое время.

Первичная рекристаллизация (рекристаллизация обработки)

Начиная с определенной температуры при отжиге холоднодеформированного металла

происходят сильные изменения микроструктуры, которые относятся к процессу, называемому рекристаллизацией. Наряду с вьтянутыми деформированными зернами даже при небольших увеличениях светового микроскопа можно различить новые, более или менее равноосные рекристаллизованные зерна. По мере увеличения времени или температуры отжига площадь шлифа, занятая новыми зернами, возрастает, а старые деформированные зерна постепенно исчезают. Рентгеновский анализ, а позднее электронная микроскопия фолы показали, что новые равноосные зерна отличаются от старых вытянутых зерен деформированной матрицы не только формой, но и, что гораздо важнее, более совершенным внутренним строением, резко пониженной плотностью дислокаций. Если плотность дислокаций в сильнодеформированном металле составляет 10" —1012 см -2, то после прохождения рекристаллизации она снижается до 106— 108 см-2.

В отличие от полигонизованной структуры, которая также более совершенна, чем деформированная матрица, рекристаллизованные зерна отделены от матрицы не малоугловыми, как субзерна, а высокоугловыми границами. Это различие имеет принципиальное значение.

Благодаря быстрой миграции высокоугловых границ рекристаллизованные зерна интенсивно «поедают» деформированную матрицу. Субзерна на стадии полигонизации имеют ориентацию деформированного кристаллита, а рост рекристаллизованного зерна, окруженного высокоугловой границей, может быть связан с сильной переориентацией кристаллической решетки.

Образование и рост зерен с более совершенной структурой, окруженных высокоугловыми границами, за счет исходных деформированных зерен той же фазы называют первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки.

Скорость зарождения центров рекристаллизации (с. з. ц.)—это число центров рекристаллизованных зерен, возникающих в единицу времени в единице объема. Линейная скорость роста(л. с. р.) является скоростью перемещения границы зерна. С ростом температуры оба параметра экспоненциально увеличиваются.

Некоторое время новые зерна не обнаруживаются. Это время называют инкубационным периодом. С увеличением степени деформации и температуры отжига инкубационный период первичной рекристаллизации уменьшается.

Термодинамическим стимулом первичной рекристаллизации является накопленная при пластической деформации энергия, связанная с дислокациями, которые образуют хаотичные скопления, объемные стенки ячеек или же плоские субграницы.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.