4.2. Наклеп

Наклеп – это упрочнение металла под действием пластической деформации. Упрочнение металла в процессе пластической деформации объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (вакансий, междоузельных атомов, дислокаций). Пара движущихся дислокаций порождает сотни и сотни новых, в результате этого плотность дислокаций повышается. Следовательно, повышается сопротивление деформации и уменьшается пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающие при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Беспорядоченно ориентированные кристаллы под действием деформации поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации. Все зерна оказываются одинаково ориентированными. Закономерная ориентация кристаллов относительно внешних деформационных сил называется текстурой.

4.3. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла

Состояние наклепанного (деформированного) металла термодинамически неустойчиво. При нагреве в нем возникают процессы, связанные с переходом к более устойчивой структуре с изменением всех свойств. Протекающие процессы зависят от температуры.

Рис.11. Влияние нагрева на механические свойства (предел прочности σ_в,

предел текучести σ_0,2, относительное удлинение δ) и изменение структуры

деформированного металла: t_р – температура рекристаллизации;

t_р.соб – температура собирательной рекристаллизации

При небольшом нагреве (для железа 300-400⁰С) начинается процесс возврата (отдых), который повышает структурное совершенство наклепанного металла, но без заметных изменений структуры по сравнению с деформированным состоянием.

В процессе можно выделить две стадии. При более низких температурах (ниже 0,2∙Т_пл, где Т_пл – абсолютная температура плавления) уменьшает плотность точечных дефектов (вакансий), наблюдается снятие искажений кристаллической решетки, также уменьшается плотность дислокаций в результате их взаимного уничтожения (аннигиляция). В результате твердость и прочность несколько понижается (на 20-30 % по сравнению с исходным состоянием).

Вторая стадии возврата – полигонизация (после небольших деформациях при нагреве до (0,25-0,3)∙Т_пл). Процесс характеризуется тем, что избыточные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, образуя сетку и создавая ячеистую структуру, т.е. наблюдается фрагментация кристаллитов на субзерна (полигоны) с малоугловыми границами.

При дальнейшем повышении температуры подвижность атомов возрастает, и при достижении определенной температуры образуются новые равноосные зерна – первичная рекристаллизация. В результате рекристаллизации наклеп практически полностью снимается, при этом резко снижается прочность, пластичность возрастает. Свойства приближаются к их исходным значениям. Разупрочнение объясняется снятием искажения решетки и резким уменьшением плотности дислокаций.

Наименьшая температура начала рекристаллизации, при которой протекает рекристаллизация и наблюдается разупрочнение, называется температурным порогом рекристаллизации или температурой рекристаллизации Т_рек и может быть определена по формуле А.А. Бочвара:

Т_рек =  Т_пл,

где  – коэффициент, зависящий от состава и структурного состояния металла (для чистых металлов  = 0,1–0,2; для металлов технической чистоты  = 0,3–0,4; для сплавов  = 0,6–0,8); Т_пл – абсолютная температура плавления, К.

После завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристаллизованных зерен за чет других – собирательная рекристаллизация. При более высоких температурах может уменьшиться пластичность, что объясняется сильным ростом зерна, т.е. явлением перегрева при рекристаллизации.