Главная / Теория термической обработки металлов / Отжиг первого рода / Рекристаллизационный и дорекристаллизационный отжиги / Упрочнение при дорекристаллизационном отжиге

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)7510150200
Cu — 7% Al735280450
90170280350
Cu —32% Zn60100200250
Ni — (99,99 %-ный)6040200350
Ni — 20% Cr1040400800
65170400600
Nb (электроннолучевой, < 0,01% С, N, О)90409501100
Nb (0,02% С; 0,03%0; 0,02% N)8012010001200

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