§ 7. Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве

Изменение структуры

Процессы, происходящие в деформированном металле при нагреве, подразделяют на:

Возврат
(состоит

из двух стадий):

Рекристаллизация
(состоит из трёх стадий):

- отдых;

- полигонизация.

- первичная рекристаллизация (рекристаллизация обработки);
- собирательная рекристаллизация (нормальный рост зерна);
- вторичная рекристаллизация (аномальный рост зерна).

Изменения в тонкой (!) структуре

Изменения в микроструктуре

дислокации (по Гаю)
уменьшение точечных дефектов (вакансий), перераспределение дислокаций (часть в

одной плоскости скольжения аннигилирует, некоторые с помощью вакансий переползают в другую плоскость скольжения);

полигон

при переползании дислокаций дислокации противоположных знаков аннигилируют, а оставшаяся избыточная

часть дислокаций одного знака образует вертикальные стенки; это приводит к образованию субзёрен (полигонов), свободных от дислокаций и отделённых друг от друга малоугловыми границами; при повышении температуры субзёрна подрастают и становятся центрами первичной рекристаллизации.

количество точечных дефектов и незначительно линейных; снимаются остаточные напряжения; свойства

меняются мало (~ на 20 %).

микроструктура после возврата

Стадии рекристаллизации (изменения в микроструктуре):

- первичная
образование зародышей новых зёрен в центрах первичной рекристаллизации (на стыках трёх деформированных зёрен); рост новых зёрен; полная замена ориентированной текстуры деформации (волокнистой структуры) на равноосную мелкозернистую структуру.

микроструктура после первичной рекристаллизации

результате собирательной рекристаллизации: образование равновесной (крупнозернистой и равноосной) структуры; малое

уменьшение свойств (~ на 10 %);

- вторичная
укрупнение отдельных крупных зёрен в процессе аномального роста зерна.

В результате вторичной рекристаллизации: образование грубозернистой структуры; сильно отрицательно сказывается на свойствах; протекание процесса недопустимо.

микроструктура после вторичной рекристаллизации

микроструктура после собирательной рекристаллизации

перекрываются, однако экспериментально они отделимы друг от друга.

Температура начала рекристаллизации

согласно А.А. Бо́чвару:

(потеря анизотропии и устранение текстуры деформации)

Температура начала рекристаллизации зависит от:

размер рекристаллизованного зерна. Размер зерна зависит от:
- температуры и

времени нагрева после деформации;
- степени деформации;
Зависимость размера зерна от этих параметров изображают на диаграммах рекристаллизации.

микроструктура Sn после ПД и нагрева при 200 °С, х4

температура деформации
ПД
«холодная» ПД
«горячая» ПД
- изменение размеров и формы тела;

- упрочнение (наклёп);

- упрочнение (наклёп) снимается прямо в процессе ГПД из-за протекания процесса рекристаллизации;

- получается мелкое зерно;
- как подготовительная операция (ковка, горячая прокатка и др.).

ГЦК –

ГПУ –

Самый трудно-деформируемый металл –

Что легче согнётся – Fe или Cu?

Как продеформировать Be (ГПУ – 3 c.с., E ~ 310000 МПа)?

- структура металла:

Что труднее продеформировать?

а) с крупным зерном

с мелким зерном

б) металл А
твёрдый раствор А(В) – труднее, т.к. КР растворителя А искажена атомами В;
В) твёрдый раствор
твёрдый раствор с частичками второй фазы AmBn – труднее, т.к. частицы второй фазы мешают движению дислокаций.

1. Строение сплавов
Сплав – сложное вещество, состоящее из двух или

нескольких простых веществ (называемых компонентами сплава), полученное путём их сплавления, спекания или одновременного осаждения из газовой среды.
Компоненты сплава вступают во взаимодействие друг с другом, образуя фазы.
Фаза – однородная часть сплава, имеющая собственный химический состав, строение, свойства и отделённая от других частей поверхностью раздела.
Структура – строение сплавов (и металлов), которое характеризуется наличием фаз, их количеством, взаиморасположением и формой.
Структурная составляющая – часть сплава, возникающая при каком-либо фазовом превращении, характеризуется средним химическим составом, однообразным расположением и формой образующих её фаз.
Микроструктура сплава может состоять из фаз и (или) структурных составляющих.

положение между твёрдыми растворами и промежуточными фазами, т.к.:
- имеют

правильное расположение атомов и отношение компонентов (1:1, 1:2 или 1:3);
- образование сверхструктуры сопровождается резким изменением свойств;

- сохраняют КР растворителя и выше тем-ры Курнакова упорядочение пропадает.

фазы образуются, если связь А-В сильнее, чем А-А или В-В;

все промежуточные фазы, как правило, прочнее, чем чистые А и В

протекает, если:
- есть некоторое переохлаждение;
- гетерогенная флуктуация обладает

не только энергетической флуктуацией, но и флуктуацией по концентрации (временные отклонения в химическом составе в отдельных малых объёмах жидкого раствора от среднего состава);
- зародыш имеет размер больший, чем критический.
Увеличение степени переохлаждения и модифицирование приводят к увеличению числа образующихся зародышей.
Скорость роста зародышей в жидком растворе меньше, чем в чистом металле, т.к. рост кристаллов связан с процессами диффузии компонентов.
Стимул для протекания процесса – уменьшение
свободной энергии

обязано идти при постоянной температуре
такое превращение (событие) должно идти в

интервале температур

Закон (ПРАВИЛО ФАЗ или закон Гиббса): Любое фазовое превращение подчиняется правилу фаз, которое устанавливает связь между числом компонентов (К), числом фаз (Ф) и числом степеней свободы (С), которое можно менять, не влияя на фазовый состав сплава.

для металлических систем (р=const):
С = К – Ф + 1
(в остальных случаях С=К-Ф+2)

Начало и конец фазового превращения называются критическими точками

представляет собой графическое изображение состояния сплава при любой температуре и

концентрации сплава. Данное состояние сплава является равновесным, т.е. все превращения, проходящие в сплавах являются равновесным (в отсутствии переохлаждения или перенагрева).
Примечание: на практике диаграмма состояния используется для рассмотрения превращений при малых скоростях нагрева или охлаждения.
Любая диаграмма состояния строится экспериментально по результатам термического анализа кривых охлаждения множества сплавов системы.

состояния показывает расположение всех границ фазовых областей в зависимости от

температуры и концентрации (химического состава сплава).
Ликвидус (от лат. liquidus — жидкий) – линия начала кристаллизации;
Солидус (от лат. solidus – твёрдый) – линия конца кристаллизации.
Правило чередования фаз: на любой диаграмме состояния всегда между двухфазными областями находятся однофазные.

структурный анализ.

ж, кристаллы A и кристаллы B.

сплавов.

протекает при постоянной температуре и неизменных составах участвующих фаз, одной

из которых является жидкость.
Эвтектика (от греч. eutekos – «хорошо, легко плавящийся») – это механическая смесь (образуется, если компоненты не способны к взаимному растворению друг в друге в твёрдом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием промежуточной фазы) двух или более фаз, одновременно образующихся из расплава при его эвтектической кристаллизации.
Эвтектическая «колония» представляет собой взаимно проросшие, сильно разветвлённые кристаллы разных фаз. Кристалл каждой из фаз имеет множество

ответвлений, в результате чередования фаз в пространстве на металлографическом шлифе видна картина «смеси» этих фаз. Т.е. эвтектическая «колония» по сути является бикристаллом – двухфазным сростком двух сильно разветвлённых кристаллов разных фаз.
Каждая эвтектическая «колония» растёт из одного своего центра, её зарождение инициирует одна из фаз (базовая), вторая фаза зарождается на базовой, как на подложке. Ответвления базовой фазы растут быстрее, а между ними формируются ответвления

второй фазы. Облик эвтектической «колонии» определяет базовая фаза.

соединение распадается)

(с конгруэнтным плавлением)

протекает при постоянной температуре и неизменных составах участвующих фаз, находящихся

в твёрдом состоянии.
Эвтектоид (от греч. eidos – «вид») – это механическая смесь (образуется, если компоненты не способны к взаимному растворению друг в друге в твёрдом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием промежуточной фазы) двух или более фаз, одновременно образующихся в результате распада твёрдого раствора.

Структуры эвтектоида и эвтектики схожи, но эвтектоиды являются более дисперсными составляющими, т.к. образуются при распаде твёрдого раствора в процессе вторичной кристаллизации, когда процессы диффузии протекают более медленно.

нерастворимы друг в друге, свойства меняются аддитивно (по линейному закону);
б

– при образовании твёрдых растворов свойства сплава меняются по криволинейной зависимости; распад твёрдого раствора ведёт к повышению физических свойств;

зачем)
Из рассмотренных выше типов диаграмм следует, что сплав может оказаться

только всего лишь в трёх ситуациях:
1) в сплаве нет превращений вплоть до температуры плавления;
2) сплав при нагреве пересекает линию переменной растворимости;
3) в сплаве происходит смена КР.
Значит существует всего три подхода Т.О.:
Т.О. сплавов, не имеющих фазовых превращений;
Т.О. сплавов, имеющих ограниченную переменную растворимость компонентов в твёрдом состоянии;
Т.О. сплавов, компоненты которых имеют полиморфное превращение.

Тройная диаграмма для системы Bi-Pb-Sn