Металл после деформации теряет свои свойства и переходит в неравновесное состояние. В равновесии металл пребывает при незначительном искажении кристаллической решетки и снятие напряжения, при возможности атомам к перемещению. В холодном состоянии подвижность структуры теряется, и состояние наклепа сохраняется неограниченное время. Когда же металл нагревается, диффузия атомов увеличивается, а процесс разупрочнения приводит структуру вещества в равновесие – возврат и рекристаллизация.
Возврат:
при небольшом нагреве атомы ускоряются и становятся более подвижными, уменьшается плотность их дислокации и внутреннее напряжение. В следствии трансформации, кристаллическая решетка восстанавливается.
Первая стадия возврата (частичное разупрочнение) называется отдыхом и возникает при температуре Т=(0.25…0.3)Тпл. В этой стадии кристаллическая решетка уменьшает искажение, но не теряет форму, размер и не влияет на текстуру деформации.
Деление зерен на фрагменты и полигоны при скольжении называется полигонизацией. При воздействии температуры возврата иногда возможно группировка зерен в стенки и деление их малоугловыми границами (рис.1).
При полигонизации кристалл имеет меньше энергии, поэтому образование полигонов энергетически выгодный процесс. Трансформация протекает при небольшой деформации, поэтому прочность снижается на 10 – 15%, а пластичность увеличивается (рис.2).
Границы полигонов имеют тенденцию к передвижению в сторону более плотной дислокации. Это увеличивает углы разориентировки зерен образованным при рекристаллизации. Процесс проходит без изменений в микроструктуре (рис. 3а).
Температура начала полигонизации не постоянная. Скорость возврата зависит от структуры металла, наличие примесей и их особенности, степени деформирования.
Рекристаллизация:
значительный нагрев побуждает атомы к миграции и процесс рекристаллизации происходит более наглядно.
Зарождение новых зерен правильной формы при нагреве деформированного вещества до определенной температуры называется рекристаллизацией. Дополнительный нагрев способствует резкому изменению структуры и свойств металла. Это проявляется в снижении прочности и электросопротивлению и стремительном повышении пластичности и теплопроводности вещества.
Первая стадия (первичная рекристаллизация) протекает с образованием новых правильных центров кристаллизации в местах наибольшей деформации, их росте и образовании неискаженной решетки. Количество новых фрагментов постепенно возрастает, и они полностью замещают деформированный участок. Энергетический потенциал для рекристаллизации основан на аккумулированной энергии наклепанного металла. Структура вещества всячески способствует образованию правильной кристаллической решетки.
Вторая стадия (собирательная), протекает как процесс роста новых зерен кристаллической решетки с помощью их поверхностной энергии. Малые зерна благодаря большей поверхности раздела более энергозапасливы, чем зерна больших размеров. Увеличение размера кристаллического центра снижает протяженность границ, и структура вещества приобретает равновесное состояние.
Рекристаллизация начинается при температуре строго пропорциональной температуре плавления: Трек =аТпл, для металлов а=0.4, для твердых растворов а=0.5…0.8, для металлов высокой чистоты а=0.1…0.2.
Свойства возвращенных металлов в большей степени зависят от размера образованных зерен. Большие их размеры при нагреве до показателя t1 снижают прочность и пластичность всей структуры. Основными показателями процесса, вследствие которых зерна приобретают определенный размер, являются – степень повреждения, температура нагрева и длительность выдержки (рис. 4).
Крупные зерна образуются при повышении температуры, увеличении времени, начальной деформации в 3 – 10 %. Такой показатель повреждения считается критическим и не очень желательным для проведения рекристаллизации.
Возвращение метала, путем рекристаллизации, на практике проводят при температуре 600 – 700 градусов Цельсия для малоуглеродистой стали, 560 – 700 градусов – для латуни и бронзы, алюминий трансформируется при 350 – 450 градусов, титановый сплавы – 550 – 750 градусов Цельсия.
