Обработка металлов давлением (ковка, прокатка и т. п.) после нагрева заготовки до температуры, при которой релаксационные процессы протекают одновременно с самим деформированием. В этом случае деформация может продолжаться непрерывно, т. к. снимается упрочнение, вызываемое деформацией.

Неравновесная структура, созданная холодным деформированием, у большинства металлов устойчива при комнатной температуре (исключение составляют легкоплавкие металлы Pb, Sn и др.). При нагреве холоднодеформированного металла он стремится вернуться в состояние до деформации.

Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на возврат и рекристаллизацию.

Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микроструктуры деформированного металла, т.е. размер и форма зерен при возврате не изменяется.

Рекристаллизация - это процесс зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения; в результате рекристаллизации образуются новые, чаще всего равноосные зерна ( см.рис. 1).

В зависимости от температуры нагрева и времени выдержки различают три стадии рекристаллизации: первичная, собирательная и вторичная.

Первичная рекристаллизация начинается с образования зародышей новых зерен и заканчивается полным замещением наклепанного металла новой поликристаллической структурой (см. рис. 1 а-в).

Рис.1. Схема изменения микроструктуры холоднодеформированного металла при нагреве:

а - ориентированные по нагрузке зерна деформированного металла;

б- начало первичной рекристаллизации; в- завершение первичной рекристаллизации; г- рост зерна; д- образование равновесной структуры

Для начала первичной рекристаллизации необходимы два условия:

• предварительная деформация наклепанного металла должна быть больше критической: е › е_крит;

• температура нагрева должна превысить критическое значение: t › t_крит.

Критическая температура t_крит зависит от степени деформации металла е (е‘, t_крит“) и наличия в нем примесей (_{примесей} ‘, t_крит ‘). t_крит называется температурным порогом рекристаллизации t_пр.

А.А. Бочвар получил правило для определения температурного порога рекристаллизации Т_пр для технически чистых металлов, подвергнутых значительной деформации

Т_пр = 0,4 Т_пл, К ,

где Т_пл - температура плавления деформированного металла.

Для алюминия, меди и железа технической чистоты температурный порог рекристаллизации равен соответственно 100, 270 и 450⁰С.

При собирательной (см. рис. 1 г) и вторичной (см. рис. 1 д) рекристаллизации происходит рост зерен. Вторичной рекристаллизации соответствуют высокие температуры нагрева наклепанного металла.

Явление рекристаллизации имеет важное практическое значение. Чтобы восстановить структуру и свойства наклепанного металла (например, при необходимости продолжить обработку давлением путем прокатки, протяжки, волочения и т.п.), его необходимо нагреть выше t_пр. Такая термическая обработка металла называется рекристаллизационным отжигом.

При температуре обработки давлением выше t_пр упрочнение металла снимается тем быстрее, чем больше перегрев металла по отношению к t_пр. При очень высокой температуре (ковочные температуры) рекристаллизация завершается в доли секунды.

Обработка металла давлением при температурах выше t_пр, когда нет упрочнения металла, называется Г.д. Обработка давлением при температуре ниже t_пр вызывает деформационное упрочнение (наклеп) металла и называется холодной деформацией.

Б.П. Сафонов