Краткие теоретические сведения. При обработке давлением происходит изменение формы металлической заготовки вследствие ее пластической деформации

При обработке давлением происходит изменение формы металлической заготовки вследствие ее пластической деформации. В процессе пластической деформации изменяется структура металла, а следовательно, и его физико-химические и механические свойства.

При больших степенях деформации в металле возникает волокнистая структура, называемая текстурой (рис. 1).

В результате пластической деформации твердость и прочность металла увеличиваются, а пластичность и вязкость снижаются, возникают остаточные напряжения из-за искаженности кристаллической решетки (рис. 2).

Упрочнение сплава, полученное в процессе пластической деформации называется наклепом.

Наряду с механическими характеристиками изменяются и многие физические свойства: уменьшается удельный вес, магнитная проницаемость, сопротивление коррозии и т.д.

Рис. 1. Изменение микроструктуры при пластической деформации: а - исходное состояние; б - после деформации

Пластически деформированный металл имеет избыточный запас свободной энергии и по общим законам термодинамики находится в неустойчивом состоянии. В связи с этим при определенных условиях в металле возникают процессы, связанные с возвращением структуры в равновесное состояние.

При незначительном нагревании стали, подвергнутой холодной пластической деформации (до 200 - 250 ^оС), происходит уменьшение искажения кристаллической решетки, снижение остаточных напряжений. Одновременно с этим происходит незначительное снижение прочности и повышение пластичности. Такое явление называется возвратом.

При более высоких температурах нагрева в металле начинается процесс образования новых зерен из новых центров кристаллизации. В результате, деформированная структура целиком замещается новыми равноосными зернами, волокнистая структура исчезает, а механические и физические свойства приобретают прежние значения. Этот процесс называется рекристаллизацией (рис. 2).

Температура рекристаллизации зависит от природы основного металла, наличия легирующих элементов, степени предшествующей деформации, температуры плавления. Чем больше степень деформации, тем ниже температура рекристаллизации.

Однако для каждого металла и сплава существует наименьшая температура, при нагреве ниже которой рекристаллизация не происходит с практически заметной скоростью даже при наибольшей степени деформации. А. А. Бочвар установил, что эта температура для чистых металлов равна:

Т_рек = 0,4 Т_пл ^оК;

для сплавов:

Т_рек = (0,6...0,8) Т_пл ^оК

Рис.2. Схема изменения структуры и свойств при нагреве деформированного металла

Стадия рекристаллизации, при которой идет процесс образования новых зерен из деформированных, называетсяпервичной рекристаллизацией. Собирательной рекристаллизацией называется процесс роста образовавшихся при первичной рекристаллизации стабильных зерен за счет поглощения более крупными мелких, термодинамически менее устойчивых зерен. Этот процесс происходит и при более высоких температурах, чем первичная рекристаллизация.

Температура рекристаллизации имеет большое практическое значение при обработке металлов давлением. Т_{рек -} является теоретической границей между процессом холодной и горячей обработки давлением.

При холодной обработке металлов давлением, происходящей ниже температуры рекристаллизации, создается наклеп металла. Для того, чтобы восстановить первоначальную структуру и свойства металла, его необходимо нагреть выше температуры начала рекристаллизации. Такая обработка называется рекристаллизационным отжигом.

Горячая обработка давлением как правило происходит при температуре, значительно превышающей температуру рекристаллизации, поэтому возникающее при деформации упрочнение будет сниматься протекающим процессом рекристаллизации.

При большой степени деформации все зерна деформированы равномерно, в них образуется большое количество центров кристаллизации и поэтому первичная рекристаллизация дает равномерную мелкозернистую структуру. При степени деформации (3—17%) нагрев металла приводит к быстрому росту исходных нерекристаллизованных зерен за счет поглощения зерен окружения. Такая степень деформации называется критической и в практике обработки металлов давлением не применяется.

Зависимость между размером зерна после рекристаллизации, степенью деформации и температурой нагрева изображают в виде пространственной диаграммы, называемой полной диаграммой рекристаллизации (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма рекристаллизации железа.