Упрочнение при дорекристаллизационном отжиге

Давно было замечено, что при низкотемпературном отжиге некоторых металлов и сплавов до начала рекристаллизации значительно повышаются твердость, предел прочности и особенно пределы текучести и упругости.

У каждого из таких материалов имеется своя оптимальная температура отжига, при которой упрочнение максимально.

Максимальный прирост предела упругости (Δσ/σ ) после дорекристаллизационного получасового отжига при оптимальной температуре (tопт) (Э. Н. Спектор, С. С. Горелик и А. Г. Рахштадт)

Материал ε*, % (Δσ/σ)100, % tопт, °С tнр°с
Cu (99,98%-ная) 75 10 150 200
Cu — 7% Al 7 35 280 450
90 170 280 350
Cu —32% Zn 60 100 200 250
Ni — (99,99 %-ный) 60 40 200 350
Ni — 20% Cr 10 40 400 800
65 170 400 600
Nb (электроннолучевой, < 0,01% С, N, О) 90 40 950 1100
Nb (0,02% С; 0,03%0; 0,02% N) 80 120 1000 1200

ε — степень обжатия при холодной прокатке перед отжигом.

Упрочнение в температурной области возврата внешне противоречит самому понятию возврата, связанного с частичным снятием наклепа и возвращением свойств к их значениям до деформации. Поэтому упрочнение при дорекристаллизационном отжиге иногда объясняли ошибкой эксперимента.

Вместе с тем абсолютный прирост предела упругости в отдельных случаях превышает 10 — 30 кгс/мм2, что не только далеко выходит за рамки ошибок эксперимента, но и позволяет использовать в промышленности низкотемпературный отжиг после холодной деформации для дополнительного повышения предела упругости пружин и мембран (на 100 — 170%).

Явление упрочнения при дорекристаллизационном отжиге свойственно большинству медных и никелевых сплавов, на которых оно изучено наиболее подробно. Величина упрочнения зависит от состава твердого раствора.

У многих сплавов эффект упрочнения при отжиге возрастает с увеличением степени легирования твердого раствора. Упрочнение при отжиге обычно увеличивается с ростом степени холодной деформации, но встречается и обратная закономерность. Иногда упрочнению предшествует небольшое «нормальное» разупрочнение при возврате.


Влияние температуры отжига

Влияние температуры отжига

Влияние температуры отжига на твердость холоднокатаных
алюминиевых бронз (Я. Л. Рогельберг).


Очень интересно, что упрочнению при низкотемпературном отжиге часто свойственна обратимость: холодная деформация после отжига вызывает разупрочнение, последующий отжиг вновь дает упрочнение и т. д.

Разупрочнение происходит при обжатиях всего 1 — 5%. Например, если у чистого никеля после холодной прокатки σ0,005 = 40 кгс/мм2, то отжиг при 200 °С повышает предел упругости до 48 кгс/мм2, а последующая холодная прокатка с обжатием 3% снижает его до исходного уровня 40 кгс/мм2. Сам по себе факт разупрочнения при повторной холодной деформации весьма оригинален.

Природа упрочнения при дорекристаллизационном отжиге в разных сплавах различна. Наиболее общей причиной упрочнения является закрепление подвижных дислокаций в исходном холоднодеформированном материале и в дислокационных стенках, возникших при полигонизации во время отжига.

Меньшая величина упрочнения при дорекристаллизационном отжиге металлов высокой чистоты и рост упрочнения с увеличением содержания примесей, а также некоторых легирующих элементов указывают на то, что дислокации при отжиге закрепляются атомами примесей или легирующих элементов.

Очень сильный рост предела упругости при дорекристаллизационном отжиге в твердых растворах с г. ц. к. решеткой на базе меди и никеля (иногда в 2 — 2,5 раза и более) можно связать с образованием атмосфер Сузуки на дефектах упаковки растянутых дислокаций и возникновением в растворе областей с ближним порядком.

Разрушением этих областей и отрывом дислокаций от атмосфер можно объяснить разупрочнение при холодной деформации после дорекристаллизавдонного отжига.

В металлах с о. ц. к. решеткой, например в ниобии, рост предела упругости при дорекристаллизационном отжиге скорее всего обусловлен закреплением дислокаций коттрелловскими атмосферами из атомов примесей внедрения.

В металлах и однофазных сплавах технической чистоты одной из причин упрочнения при дорекристаллизационном отжиге может быть старение (дисперсионное твердение) из-за выделения на дислокациях дисперсных частиц фаз, образованных примесями.

При дорекристаллизационном упрочняющем отжиге предел упругости возрастает значительно сильнее, чем твердость или предел прочности. Это и понятно, так как на величину предела упругости, характеризующего сопротивление материала малым пластическим деформациям, сильно влияет исходная (до начала механических испытаний) дислокационная структура, мало изменяющаяся в процессе испытаний.

В то же время при определениях твердости и предела прочности, характеризующих сопротивление материала большим пластическим деформациям, исходная дислокационная структура сильно изменяется в самом процессе механического испытания: растет плотность дислокаций, они перераспределяются и создается новая дислокационная структура.

Поэтому закрепление дислокаций в исходной структуре при дорекристаллизационном отжиге сильнее влияет на предел упругости и слабее на предел прочности.

Теперь можно считать, что повышение предела упругости при дорекристаллизационном отжиге — это весьма общее явление, свойственное металлам и сплавам с любым типом решетки, металлам обычной и высокой чистоты.

В целом же зависимость прочностных свойств от температуры отжига, является одной из типичных и очень часто встречающихся.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Рекристаллизационный отжиг

Рекристаллизационный отжиг подразделяют на полный, неполный и текстурирующий. Полный рекристаллизационный отжиг, обычно называемый просто рекристаллизационным — одна из наиболее широко применяемых операций термообработки. Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную (выходную) термическую…

Оптимальный режим рекристаллизационного отжига

Оптимальный режим отжига можно выбрать по графикам температурной зависимости свойств (смотрите Влияние температуры отжига и Влияние температуры часового отжига). Так, для восстановления пластичности меди можно рекомендовать часовой отжиг при 500 — 700 °С (смотрите Влияние температуры часового отжига). Верхняя температурная граница отжига выбрана ниже температуры перегрева (~800 °С), а нижняя — с некоторым превышением tкp…

Выбор режимов дорекристаллизационного и рекристаллизационного отжига

Основные параметры отжига наклепанных металлов и сплавов — температура и продолжительность. Они определяют характер и полноту структурных изменений при отжиге, а также свойства металла и сплава после отжига. В отдельных случаях, которые будут рассмотрены ниже, важную роль играют также скорость нагрева до температуры отжига и скорость охлаждения с этой температуры. Режим отжига каждого металла и…

Анизотропия свойств отожженного металла

В рекристаллизованном металле с хаотично ориентированными кристаллитами векторные свойства отдельных монокристаллов статистически усредняются по всем направлениям в макрообъеме поликристалла. При наличии текстуры рекристаллизации отожженный металл анизотропен. Его анизотропия проявляется тем сильнее, чем совершеннее текстура. Чаще всего анизотропия свойств вредна, но в отдельных случаях требуется получить изделие, в котором какое-то свойство должно быть усилено в определенном…

Фестонистость

Наибольший вред текстура рекристаллизации приносит в том случае, когда листы или ленты предназначаются для глубокой вытяжки. Холоднокатаный лист или ленту перед штамповкой отжигают. Если при отжиге возникает достаточно совершенная текстура рекристаллизации, то лист становится анизотропным. В этом легко убедиться, вырезая плоские образцы для растяжения под разным углом к направлению прокатки. Схема вырезки разрывных образцов Схема…