» » Изменения в металле, связанные с пластической деформацией
21.12.2014

Наклепом называют явление увеличения прочностных и снижения пластических свойств в результате пластической деформации. Явление наклепа возникает в результате накопления дислокаций, поворота зерен в положение с более благоприятной ориентацией плоскостей скольжения, накопления обломков зерен и др.
В производственном процессе наклеп необходимо учитывать. Это:
- фактор, определяющий возможности оборудования;
- метод придания свойств. Наклеп позволяет регулировать механические свойства в широких пределах (возможность повышения прочности в 2-3 раза);
- фактор, определяющий выбор технологии.
Искажение решетки при наклепе влечет за собой накопление избыточной энергии, а всякая система стремится к минимуму энергии. Поэтому при длительном вылеживании холоднодеформированного металла происходит перестройка атомов, приводящая к уменьшению энергии (снижается твердость, повышаются пластические свойства). Такое явление называют отдыхом или возвратом. Повышение температуры облегчает этот процесс.
При нагреве возможны следующие явления в наклепанном металле:
- возврат;
- полигонизация;
- рекристаллизация.
Возврат - полное или частичное возвращение свойств к исходному уровню. Дислокации при этом не движутся, границы зерен не меняются, изменяется лишь концентрация точечных дефектов.
Полигонизация - процесс изменения механических свойств наклепанного металла, при котором происходит движение дислокаций в пределах малоугловых границ зерен. Полигонизация идет при высоких температурах (но ниже температуры рекристаллизации) и значительном времени выдержки.
В результате перераспределения дислокаций происходит образование очень тонкой субструктуры (с малой разориентацией зерен - мозаичная структура).
Изменения в металле, связанные с пластической деформацией

В процессе полигонизации границы зерен мигрируют за счет избыточной свободной энергии дислокации. В результате такой перестройки границ зерен нарушаются старые большеугловые границы и, если в этот момент охладить металл, то в нем зафиксируются новые границы зерен с малой разориентацией плоскостей скольжения в соседних зернах. То есть практически границы зерен отсутствуют, возникает мозаичная структура, которая является полупроницаемой для дислокаций. Такой металл обладает высокими и прочностными, и пластическими свойствами.
Контролируемая прокатка:
{ε=50% + выдержка при t=800°С + закалка (после ножниц)}.
Рекристаллизация - процесс изменения механических свойств наклепанного металла, при котором происходит движение дислокаций в пределах большеугловых границ зерен. При этом происходит наиболее заметное понижение энергии за счет сокращения границ зерен (происходит объединение зерен). Рост зерен идет за счет миграции границ.
Зерна объединяются, при этом большеугловые границы остаются. Чем больше наклепан металл, тем больше энергии, тем полнее идет процесс рекристаллизации. При высоких температурах рекристаллизации происходит снижение пластических свойств - за счет образования зерен больших размеров.
Существующая связь между размерами зерна в металле, степенью деформации и температурой последующей рекристаллизации показана на рисунке. При критической степени деформации происходит разрушение хрупких границ зерен, что приводит к их соприкосновению и интенсивному слиянию.
Изменения в металле, связанные с пластической деформацией

При горячей деформации одновременно идут два взаимно противоположных процесса: упрочнение (наклеп) и рекристаллизация. Конечный результат (механические свойства) зависит от соотношения скоростей этих процессов: Vн и Vрскр.
Горячая деформация - Тдеф = (0,7-0,9) Тплавл → Vн = Vрекр - изменения свойств металла, вызванного упрочнением, не произойдет.
Неполная горячая деформация - Тдеф = (0,5-0,7) Тплавл → Vн ≥ Vрекр.
Холодная деформация - Тдеф ≤ 0,3Tплавл → Vрекр = 0; Vн≠0.