15.Изменение структуры и свойств при нагреве деформированного металла

Состояние наклепанного металла является неравновесным, и, в связи с этим, термодинамически неустойчиво. При нагреве деформированного металла происходит его переход в более стабильное состояние, так как при повышении температуры ускоряется перемещение точечных дефектов, создаются условия для перераспределения дислокаций и уменьшения их количества. Процессы, происходящие при нагреве, проходят последовательно несколько стадий, их подразделяют на возврат и рекристаллизацию.

При нагреве до Т=(0,2…0,3)Т_пл начинается процесс возврата, который заключается в повышении структурного совершенства наклепанного металла без заметных изменений структуры и свойств.

При дальнейшем повышении температуры диффузионная подвижность атомов возрастает, что приводит к изменениям в микроструктуре – зарождению новых равноосных зерен. Образование новой структуры из равноосных зерен взамен вытянутых зерен деформированного металла называется рекристаллизацией. Температура, при которой появляются первые равноосные зерна, называется температурой начала рекристаллизации. При этой температуре отмечается начало изменения механических свойств: прочность и твердость металла уменьшаются, а характеристики пластичности повышаются.

Горячая и холодная деформация

Горячая и холодная деформация различаются в зависимости от соотношения температуры деформации и температуры начала рекристаллизации.

Холодная деформация – это деформация, которая проводится при температуре ниже температуры начала рекристаллизации (t_деф<t_н.р. ). Холодная деформация сопровождается наклепом металла.

Горячая деформация – это деформация, которая проводится при температуре выше температуры начала рекристаллизации (t_деф>t_н.р. ). При горячей обработке давлением упрочнение в процессе деформации непрерывно чередуется с рекристаллизационными процессами разупрочнения при температуре обработки или при охлаждении. В результате формируется полностью рекристаллизованная структура.

16. Основные типы фаз в металлических сплавах. Твердые растворы, химические соединения, промежуточные фазы.

Отдельные однородные части сплавов, отделенные от других частей поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав и свойства меняются скачком, называются фазами.

В системе Fe-C различают следующие фазы: жидкий сплав, твердые растворы внедрения, химическое соединения, чистые компоненты (графит).

Твердыми растворами называют фазы, в которые один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других (или другого) компонентов располагаются в решетке первого компонента (растворителя), изменяя ее размеры (периоды). Таким образом, твердый раствор, состоящий из двух или нескольких компонентов, имеет один тип решетки и представляет собой одну фазу.

При образовании твердого раствора замещения атомов растворенного компонента замещают часть атомов растворителя в его кристаллической решетке. Замещаться могут любые атомы.

При образовании твердого раствора внедрения атомов растворенного компонента располагаются в междоузлиях (пустотах) кристаллической решетки растворителя (при этом пустоты должны обладать определенным пространством). Большие поры 0,74-0,41 R, маленькие поры 0,68-0,291R.

Химические соединения и родственные им по природе фазы в металлических сплавах многообразны. Характерные особенности химических соединений:

• Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. Атомы располагаются упорядоченно. Химические соединения имеют сплошную кристаллическую решетку.

• В соединении всегда сохраняется простое кратное соотношение компонентов, что позволяет их выразить формулой: А_nB_m, А и В-компоненты; n и m - простые числа.

• Свойства соединения редко отличаются от свойств образующих его компонентов.

• Температура плавления (диссоциации) постоянная.

• Образование химического соединения сопровождается значительным тепловым эффектом.

Химические соединения образуются между компонентами, имеющими большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток.

Помимо твердых растворов в сплавах имеют место промежуточные фазы, которые могут быть образованы только металлами (интерметаллидные фазы), а также металлами с неметаллами. Особенностью промежуточных фаз является то, что они не сохраняют кристаллическую решетку металла растворителя, а имеют свою собственную решетку. На диаграммах состояния они занимают области, которые не примыкают к ординатам, отвечающим положению чистых компонентов. Существует большое количество промежуточных фаз, отличающихся химическим составом, строением и оказывающих значительное влияние на механические и технологические свойства сплавов. Различают интерметаллидные фазы, к ним относятся фаза внедрения, σ-фазы, фазы Лавеса.

Фаза внедрения-интерметаллидная, образуемая переходными Ме с элементами, имеющими малый атомный радиус, при этом атомы меньших размеров внедрены между атомами решетки растворителя. Имеют переменный состав, как твердые растворы. Обладают высокой Т_пл, их наличие в Ме позволяет создавать жаростойкие и жаропрочные соединения.

σ-фаза относится к интерметаллидным фазам. Условием ее образования является относительная близость атомных размеров составляющих компонентов, σ -фаза имеет сложную тетрагональную решетку, элементарная ячейка содержит 30 атомов. Фаза характеризуется повышенной твердостью и хрупкостью, и ее присутствие в сплаве усиливает опасность хрупкого разрушения.

Фазы Лавеса также являются интерметаллидными фазами типа АВ₂. Основными факторами их образования являются соотношения атомных размеров компонентов и электронная концентрация. Они повышают прочностные характеристики и сопротивление ползучести. Присутствие в сталях и сплавах интерметаллидных фаз Лавеса (Fe₂Al, Zr₂Al, Co₂Ti, Ni₂Ta) часто сопровождается охрупчиванием при комнатной температуре, но менее опасно при повышенных температурах.