» » Структуры рекристаллизации
22.01.2015

Величины зерен

Из процессов, частично протекающих последовательно, а частично перекрывающихся в ходе рекристаллизации, получается в зависимости от холодной деформации и температуры отжига для различных материалов структура, определяемая величиной зерна (рис. 8.4.1).
Связи между указанными взаимодействующими величинами и структурой представляются в трехмерных диаграммах рекристаллизации, однако время отжига остается не учтенным. Чаще всего в основе диаграмм лежит очень длительное время отжига, чтобы обеспечить завершенность образования центров кристаллизации и роста зародышей и, таким образом, первичной рекристаллизации (рис. 8.4.2). При выбранном из этих соображений времени рекристаллизации, особенно при высокой температуре, рост зерен перекрывает затем первичную рекристаллизацию, которая сама участвовала в образовании зерна.
Структуры рекристаллизации

Этот эффект аномального роста зерна аналогично выражается при возрастании температуры у металлов, подвергнутых критической степени деформации при низкой температуре.
Аномальное увеличение величины зерна, особенно после высоких степеней холодной деформации и при высокой температуре, можно в конце концов приписать вторичной рекристаллизации (рис. 8.4.2). Диаграммы рекристаллизации с учетом длительности отжига до завершения первичной рекристаллизации были установлены Х.Бюргерсом и его сотрудниками.
Структуры рекристаллизации

Величины зерен, устанавливаемые в зависимости от степени деформации, можно отчетливо показать на различно деформированном материале, как, например, вокруг отверстия в оловянной жести (рис. 8.4.3). Вблизи отверстия высокая деформация ведет к мелкому зерну, уменьшающая деформация с удалением от отверстия дает более крупное зерно, величина которого доходит до критической. Наконец, там, где деформация уже недостаточна для рекристаллизации, структура остается в пределах своей исходной величины зерна.
Текстуры

В соответствии с плоскостями и направлениями деформации, специфичными для различных видов кристаллов, кристаллиты ориентировались посредством холодной деформации. Даже если путем рекристаллизации происходит новое образование кристаллитов и структуры, а механические свойства материала соответствуют данным недеформированного состояния, то существует все же в зависимости от условий связь между текстурой деформации и текстурой рекристаллизации. В общем, можно ожидать с ростом предшествующей. степени холодной деформации также увеличивающуюся текстуру рекристаллизации. Текстура рекристаллизации возникает при перекристаллизации из преимущественного роста при новом образовании структуры, обусловленного предпочтительными кристаллическими ориентациями в структуре деформации.
Структуры рекристаллизации

Двойники рекристаллизации

Образование так называемых двойников связано с образованием дефектов упаковки. При двойниковом образовании атомы занимают симметричное (зеркальное) расположение друг к другу, причем когерентной границей двойников является зеркальная (симметричная) плоскость. У г.ц.к.-кристаллов благодаря превращению решетки в положение двойников изменяется последовательность упаковки АВСАВСА... в ABCACBА с A в качестве двойниковой плоскости. Это расположение содержит один дефект упаковки. Отсюда получается снова, что металлы и сплавы с высокой энергией дефектов упаковки имеют небольшую склонность к образованию двойников рекристаллизации, в то время как металлы и сплавы с низкой энергией дефектов упаковки имеют структуру, насыщенную в большой степени двойниками. Так, например, алюминий лишь незначительно склонен к образованию двойников, тогда как медь имеет большое число двойников в рекристаллизованной структуре.
Различия между рекристаллизацией и нормализационным отжигом

Материалы, как, например, сталь, испытывающие в твердом состоянии полиморфное превращение, образуют новую структуру. При структурном превращении (протекает у стали) из α-кристаллитов образуются при повышении температуры γ-кристаллиты, при снижении температуры снова α-кристаллиты. Это превращение решетки происходит на определенных центрах кристаллизации, в которых, например, дислокации и расширения решетки облегчают процессы превращения. Поэтому у таких металлов, которые имеют полиморфное превращение в твердом состоянии, можно без предварительной холодной деформации с помощью процессов превращения крупнозернистую структуру перевести в мелкозернистую.
У материалов, которые не имеют таких превращений решетки в твердом состоянии, образование зародышей может исходить только от районов деформации, как это было подробно изложено раньше. Существующее крупное зерно может быть, таким образом, у непревращающихся металлов устранено только благодаря повторной деформации и последующему рекристаллизационному отжигу. При нормализации крупное зерно можно устранить также путем простого превращения.
Чтобы рекристаллизовать материалы с полиморфным превращением, например сталь, нельзя превышать точку превращения. Независимо от того, что отжиг рекристаллизацией из-за низкой температуры более экономичен, он позволяет с учетом подробно изложенных связей целенаправленно регулировать величину зерна.
Горячая деформация

При процессах деформации в температурных зонах выше 0,3Ts (температуры плавления) в техническом масштабе не достигается повышения прочности благодаря повышению плотности дислокаций. Благодаря тепловой подвижности дефектов решетки они в состоянии непосредственно после их возникновения опять в значительной степени аннигилировать (взаимоуничтожаться), так что способность к деформации сохраняется впредь и после высокой степени деформации. При этом получаются плотные мелкозернистые структуры.
При высокой температуре деформации, например при ковке стали, примеси, например сульфиды марганца, могут стать вязкими и явиться поводом для иногда очень ярко выраженных в металлографическом макрошлифе волокон при ковке, которые становятся видимыми после соответствующего травления. Низкоплавкая эвтектика по границам зерен, например сульфид никеля в никелевых сталях при отсутствии марганца, может привести при горячей деформации к разрушению границ зерен и к так называемому явлению красноломкости.
При соответствующем выборе параметров обработки могут быть достигнуты весьма мелкозернистые структуры благодаря процессам рекристаллизации, протекающим в сочетании с деформацией. Эти процессы называются динамической рекристаллизацией. Горячая деформация находит многостороннее техническое применение главным образом при деформации больших поперечных сечений слитков, при этом способы горячей деформации выбираются уже с учетом требуемых усилий. В области плоского проката и фасонных профилей горячая деформация проводится на блюмингах, слябингах, заготовительных прокатных станах и на прокатных станах горячей прокатки полос. Для производства фасонных профилей применяются заготовочные станы с соответствующими калибрами.
К другим главным процессам горячей деформации относятся различные способы ковки от свободной ковки до штамповки молотом и ротационной ковки, при которой поперечные сечения заготовки уменьшаются с помощью вращающих бойков ударами до 10000 в 1 минуту. Наконец, нужно упомянуть еще прессование выдавливанием, при котором высокопластифицирующийся с помощью температуры материал выдавливается через отверстие в матрице, что обеспечивает изготовление труб и профилей преимущественно из алюминия, меди и медных сплавов, а также из сплавов магния и свинца.