Ползучесть. Зависимость прочности и пластичности от температуры. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированных металлических тел: отдых, полигонизация, рекристаллизация.

Рис. 54. Дислокационная структура (а) - после деформации и (б) - после нагрева, отвечающая

полигонизационному типу. Если деформация происходит при температуре так называемой теплой деформации (0.3 - 0.6) Тпл, тогда одновременно с развитием скольжения и или двойникования происходит перераспределение дислокаций вследствие развития диффузионных процессов (самодиффузия), приводящих к явлению переползания краевых компонент дислокаций. Рис. 54. При теплой деформации создается более стабильная структура, хотя эффект упрочнения ниже. Структурные изменения, происходящие при горячей деформации металлов, отвечающие

температуре > 0.6 Тпл, проявляются в характере кривых напряжение - деформация. Рис. 55.
бист

¹!²i, i 'a

i:: _______________________

Рис. 55. Основные виды кривых напряжение - деформация при высоких температурах, а - с “горбом”, б - с плато.

На начальной стадии деформации наблюдается заметное упрочнение в результате развития процессов легкого и множественного скольжения, ведущих к росту плотности дислокаций, распределение которых отличается неоднородностью (горячий наклеп). При увеличении степени деформации это упрочнение растет до некоторого значения, а затем либо остается постоянным, либо заметно падает, но затем вновь стабилизируется.

С увеличением температуры характеристики прочности металлических материалов падают, а пластичности увеличиваются.

Если нагрев происходит после деформации, то при нагреве уже при низких температурах будет происходить возврат или отдых - снятие внутренних напряжений. При дальнейшем повышении температуры атомы, обладающие максимальным запасом энергии, будут двигаться настолько интенсивно, что появится возможность зарождения и роста новых кристаллов, термодинамически более устойчивых. Этот процесс носит название рекристаллизации.

 

Металл	Т рек, С	Трек/Тпл
Cu		0.35
Fe		0.35
Ni	250 - 350	0.33
Al		0.40
Mn		0.45

При рекристаллизации старое зерно не восстанавливается, а заменяется совершенно новым. Абсолютная температура начала всех явлений, связанных с тепловым перемещением атомов в кристаллической решетке, составляет для всех металлов одну определенную долю абсолютной температуры плавления. Для практики необходимо знать, с какой температуры начинается рекристаллизация при выдержке 0.1 - 1 часа. При этом условии оказывается, что для чистых металлов

Трек = 0.4 Тпл.

Самые ранние же проявления рекристаллизации, обнаруженные рентгеновским методом, происходят при Трек = 0.25 Тплавл. В сплавах отношение Трек/Тпл больше, чем для чистых металлов и не обладают таким постоянством. Температура начала рекристаллизации зависит от степени деформации.

ВТМО, НТМО.

Термомеханическая обработка основана на совмещении двух способов упрочнения -пластической деформации и фазовых изменений, заключается в наклепе аустенита с последующим его превращением. Видами ТМО являются: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО), которая состоит из деформирования аустенита выше температуры рекристаллизации (tр) обычно выше критических точек и быстрого охлаждения. Рис. 56.

Рис. 56. Классификационная схема ТМО.

- низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО), которая состоит из деформирования аустенита ниже tр, т.е. нестабильного аустенита переохлажденного ниже критических точек с последующим охлаждением и фазовым превращением. Сталь упрочняется за счет мартенситной реакции и за счет дефектов строения унаследованных мартенситом от деформированного аустенита.

При НТМО переохлажденный до 500 - 600 С аустенит деформируется (до 80-9-%) и наклепывается. При НТМО повышение прочности сопровождается понижением пластичности. При ВТМО наклеп аустенита не сохраняется в чистом виде до мартенситного превращения, так как ВТМО осуществляется выше температуры tр. Если немедленно не охладить сталь после деформации, то будут происходить рекристаллизационные процессы.

Обычно после ТМО осуществляют отпуск на заданную прочность (пластичность). В отдельных случаях после деформации сталь подвергается изотермическому бейнитному распаду (ВТМизО). Имеется класс обработок, которые осуществляются в обратном порядке -превращение, а затем наклеп (механико - термическая обработка МТО). МТО осуществляется деформацией на 3 - 5 % мартенсита и последующим низким отпуском, что создает повышение прочности на 10 - 20 %. В большинстве случаев увеличение прочности сопровождается снижением пластических свойств (исключение - упрочнение за счет измельчение зерна аустенита). Табл. 4.

Сверхпластичность.

Под сверхпластичностью понимают способность металла к значительной равномерной деформации без деформационного упрочнения (наклепа). Различают несколько видов сверхпластичности:

Влияние термической обработки на механические свойства стали. Табл. 4.

 

Термическая обработка	Прочность	Пластичность	Вязкость
Отжиг	Самая низкая	Самая высокая
Нормализация	Низкая	Высокая	Высокая
Улучшение	Средняя	Высокая	Самая высокая
ВТМО	Высокая	Высокая	Самая высокая
НТМО	Самая высокая	Самая низкая	Средняя
МТО	Самая высокая	Самая низкая	Самая низкая

- мелкозеренная сверхпластичность проявляется при повышенных температурах, не ниже чем 0.4 Тпл, при очень мелком зерне размером в диаметре 3 - 5 мкм и малой скорости деформирования 0.0001 с-1 (отсутствует сдвиговая деформация),

- субкритическая сверхпластичность. Имеет место при температурах вблизи или ниже фазовых превращений при определенной исходной структуре. Перед фазовым превращением или плавлением происходит значительное изменение свойств без изменения структуры. Например, Е снижается в два - три раза.

- мартенситная сверхпластичность, при сдвиговом бездиффузионном превращении
наблюдается повышенная пластичность,

- рекристаллизационная сверхпластичность. Выше температуры рекристаллизации заметного
упрочнения не возникает.