Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Металлические материалы при деформациях в холодном состоянии упрочняются до тех пор, пока, наконец, не будет исчерпана деформируемость, обусловленная механизмами деформации. Высокая степень деформации становится реализуемой лишь тогда, когда способность к деформации, исчерпываемая деформацией в холодном состоянии, снова создается благодаря промежуточным отжигам. Исходный материал для изготовления конструкционных деталей путем деформации в холодном состоянии часто состоит из полос листовой стали, которые доводятся до желаемой толщины посредством холодной прокатки. Для того чтобы можно было их обрабатывать, деформируемость материала должна снова создаваться после холодной прокатки путем отжига.
В светомикроскопическом изображении структура, деформируемая в холодном состоянии, характеризуется сильно вытянутыми зернами и размыванием границ зерен. С помощью отжига ниже температуры, необходимой для рекристаллизации, регенерируются различные свойства структуры, отчасти с помощью отдыха. Однако светомикроскопически видимая деформированная в холодном состоянии структура от такого отдыха не изменяется. Напротив, благодаря рекристаллизации происходит полное образование новой структуры. Снова возникает структура зерен, которая имеет свойства недеформированной структуры. Оказывается, что для рекристаллизации необходима минимальная температура, но также и критическая степень деформации.
Величина зерна в рекристаллизованной структуре вблизи критической степени деформации очень сильно зависит от деформации. На практике это значит, что у деталей, которые при их изготовлении в различных зонах испытывают сильно различающиеся деформации, после промежуточного отжига может возникнуть различное зерно с четко выраженными зонами крупного зерна. Для получения таких зон крупных зерен можно провести, например, предварительную деформацию.
При производстве деталей путем холодной деформации часто обходятся, особенно при глубокой вытяжке, без промежуточного отжига. Это целесообразно не только по экономическим причинам, но часто с точки зрения прочности. Так, существенное значение придается наклепу при глубокой вытяжке частей кузова автомобиля относительно прочности конструкционных деталей. При исходном материале, отвальцованном в холодном состоянии, или таком, поперечные сечения которого изготовлены выдавливанием в холодном состоянии, можно с помощью промежуточных отжигов или завершающих рекристаллизационных отжигов управлять величиной зерен, чтобы таким образом целенаправленно регулировать свойства.
Равномерное зерно и приближенно изотропные свойства выгодны тогда, когда листовая сталь посредством глубокой вытяжки должна быть приведена в осесимметричные формы (полые заготовки). Текстуры ведут в таких случаях к образованию фестонов при вытяжке. Выгодными текстуры могут быть тогда, когда путем глубокой вытяжки должны быть изготовлены сложные детали, например кузовы автомобилей. Выравнивание текстур в направлении изменения основной формы может затем привести к полному использованию деформируемости, но предполагает фиксированное расположение заготовки в направлении прокатки.
Для того чтобы, например, в трансформаторах выдержать незначительными процессы перемагничивания, добавляют примерно до 4 % Si. Кроме того, благодаря критической степени прокатки перед последним рекристаллизационным отжигом стремятся к большим величинам зерен. По причине помех росту зерна в одном направлении, например, из-за малой толщины тонкой жести или из-за пленок на границах зерен можно в одном направлении прийти к очень большим осям зерна. Такая жесть, ориентированная на зерно, позволяет оптимально использовать уменьшение потерь перемагничивания.
Если процессы деформации происходят при температуре выше температуры рекристаллизации, то не происходит упрочнения, как в холодном состоянии, так как формоизменение перекрыто рекристаллизацией. Это имеет место при ковке и горячей прокатке. Таким образом, возникает вопрос, почему часто вместо горячей деформации проводятся отдельно холодная деформация и отжиг. Наряду с возможностью с помощью рекристаллизации целенаправленного регулирования структуры и свойств после холодной деформации, дополнительно при холодной прокатке достигается значительно более высокое качество поверхности по сравнению с тем, какое было бы достигнуто при горячей деформации.
Холодная прокатка при существующем состоянии техники и регулирования в значительной степени обеспечивает минимальные допуски по размеру. Современные станы холодной прокатки позволяют при скорости прокатки 1500 м/мин достичь соблюдения допусков по толщине ±0,01 мм. У стали толщина холоднокатаной жести и лент составляет преимущественно от 0,1 до 1,2 мм. Для восстановления деформируемости после процессов холодной прокатки полосы и листы жести отжигаются в печах непрерывного действия или отжиг проводится в колпаковых печах, в которые помещается материал в форме бунтов или пакетов. Отжиг происходит в защитном газе, чтобы избежать окисления. Исходным продуктом для холоднокатаного бунта является травленая горячекатаная полоса, преимущественно толщиной от 2 до 4 мм.
Благодаря подходящей горячей деформации, холодной деформации и обработке отжигом из литой структуры, которая имеется в слитке или заготовке, со свойственными ей текстурами затвердевания, с негомогенностью и неплотностью создается равномерная и плотная деформированная структура. Зависимые от структуры свойства, например пластичность и нечувствительность к разрушению, значительно улучшаются и могут устанавливаться в специфических для материала границах.
Если у материалов, которые не испытывают в твердом состоянии фазового превращения, имеется крупное зерно, то его можно устранить лишь тогда, когда проводится холодная деформация выше критической степени деформации и затем происходит рекристаллизационный отжиг. Иначе обстоит дело у материалов, которые в твердом состоянии испытывают превращения, как это бывает, например, у стали благодаря превращению α→γ. Благодаря такому превращению можно достигнуть образования новой структуры независимо от предшествовавших холодных деформаций (см. термообработку стали в равновесном состоянии). Эта обработка отжигом называется нормализацией. Рекристаллизационные отжиги стали должны проводиться соответственно ниже точки фазового превращения.