Собирательной рекристаллизации

2) вторичная, или собирательная рекристаллизация, заключающаяся в росте зерен и протекающая при более высокой температуре.

Серия микроструктур, приведенная на рис. 72, показывает типичный процесс роста зерен (собирательная рекристаллизация). На рис. 12,а представлена структура сплава (твердый раствор хрома в никеле) после окончания первичной рекристаллизации. Видны мелкие равноосные зерна. Повышение температуры приводит к росту отдельных зерен за счет мелких; получается структура, состоящая из отдельных крупных зерен, окруженных мелкими (рис. 72,6). Дальнейшее повышение температуры еще увеличивает число крупных зерен (рис. 72,а), пока, наконец, мелкие зерна не окажутся «поглощенными» крупными, и вся структура тогда будет состоять ,из крупных зерен (рис. 72,г).

Собирательная рекристаллизация. После завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристаллизованных зерен за счет других путем передвижения большеугловых границ так, что зерна с вогнутыми границами «поедают» зерна с выпуклыми границами. Атом на вогнутой поверхности имеет большее число соседей и, следовательно, меньшую энергию, по сравнению с атомом, находящимся на выпуклой поверхности (рис. 37, а) В результате граница смещается в направлении центра кривизны (рис. 37, а). Механизм роста показан на рис. 37, б. Так как выпуклые границы чаще имеются у малых зерен, а вогнутые •— у больших, то в процессе роста последних малые зерна исчезают. Процесс роста новых рекристаллизованных зерен называют собирательной рекристаллизацией. Основной причиной собирательной рекристаллизации является стремление к уменьшению зернограничной («поверхностной») энергии благодаря уменьшению протяженности границ при росте зерна. Дисперсные частицы второй фазы тормозят рост зерна. Величина зерна тем меньше, чем больше объемная доля включений и выше их дисперсность.

Собирательная рекристаллизация проходит после завершения первичной рекристаллизации в процессе дальнейшего нагрева. Она заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. При укрупнении зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние.

Собирательная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов и поэтому чаще всего недопустима для наклепанного металла.

туры. Зародыш кристалла растет вследствие диффузии атомов из окружающих его деформированных объемов Путем перемещения границы зерен. Рост зерен происходит до их столкновения друг с другом. Размер образующихся зерен обратно пропорционален числу зародышей. Рекристаллизация обработки сопровождается наибольшим изменением свойств. Собирательная рекристаллизация заключается в росте зерен рекристаллизированного металла при его нагреве до более высоких температур (участок de). Движущей силой собирательной рекристаллизации является стемление системы иметь наименьший запас поверхностной свободной энергии. Так как атомы, находящиеся на поверхности мелких зерен, образовавшихся после рекристаллизации обработки, имеют большую свободную энергию, чем атомы, находящиеся внутри, а сама поверхность зерен велика, запас энергии у них большой. Зерна увеличиваются путем диффузионного присоединения атомов из соседних зерен к кристаллической решетке растущего зерна.

Микрорельеф, развивающийся в зоне сопряжения слоев биметалла при испытании на растяжение в интервале температур 1000—1200° С (рис. 131, г), характеризуется усилением процессов рекристаллизации и развития микротрещин в зернах стали Х18Н10Т, примыкающих к границе раздела слоев. 216 В материале основы наблюдается собирательная рекристаллизация, которая

При увеличении температуры и времени нагрева в металле наблюдается резкое увеличение миграции границ и однородного укрупнения зерен (собирательная рекристаллизация), которая часто сопровождается образованием текстуры рекристаллизации.

1. Большая часть новых зерен укрупняется более или менее 'равномерно за счет других зерен (собирательная рекристаллизация). Эта стадия наступает после первичной рекристаллизации, когда выросшие центры рекристаллизации приходят во взаимное соприкосновение. Основной термодинамической движущей силой роста зерна является стремление к уменьшению свободной зерно-граничной энергии путем сокращения общей поверхности межзе-ренных границ при их миграции.

зация. Для образцов после обкатки роликом с усилием 100 кгс рекристаллизация обработки четко видна по всем линиям рентгенограмм и частично переходит в собирательную; в образцах, обкатанных роликом с усилием 500 и 1000 кгс, на всех линиях имеет место только собирательная рекристаллизация.

С повышением температуры отжига интенсивность процесса рекристаллизации усиливается. При температуре отжига 950° С и выдержке 25 ч с последующим достариванием при 800° С в течение 8 ч даже для образцов после шлифования рекристаллизация видна на всех линиях рентгенограмм. Для образцов, обкатанных роликом, наблюдается собирательная рекристаллизация.

Остывание металла в процессе штамповки интересует технолога с двух точек зрения. В период штамповки остывание металла вредно, поскольку сокращает время, отводимое для деформации, и увеличивает расход энергии вследствие повышения сопротивления деформации. Полезность остывания в процессе штамповки СОСУОИТ в понижении интенсивности собирательной рекристаллизации, следовательно, уменьшении величины зерна.

Тот же путь повышения вязкости, т. е. снижения порога хладноломкости достигается не только легированием никелем, но и использованием мелкого (№ 8—10) и ультрамелкого (№ 11—13) зерна. Измельчение зерна, как указывалось выше, приводит к снижению порога хладноломкости и, следовательно, к увеличению доли волокна в изломе стали. Измельчить зерно возможно, применяя высокие скорости нагрева, или высокотемпературной термомеханической обработкой, фиксируя закалкой состояние окончания стадии рекристаллизации обработки (до начала собирательной рекристаллизации).

Рис. 37. Рост зерна при собирательной рекристаллизации:

Собирательная рекристаллизация. После завершения первичной рекристаллизации в процессе последующего нагрева происходит рост одних рекристаллизованных зерен за счет других путем передвижения большеугловых границ так, что зерна с вогнутыми границами «поедают» зерна с выпуклыми границами. Атом на вогнутой поверхности имеет большее число соседей и, следовательно, меньшую энергию, по сравнению с атомом, находящимся на выпуклой поверхности (рис. 37, а) В результате граница смещается в направлении центра кривизны (рис. 37, а). Механизм роста показан на рис. 37, б. Так как выпуклые границы чаще имеются у малых зерен, а вогнутые •— у больших, то в процессе роста последних малые зерна исчезают. Процесс роста новых рекристаллизованных зерен называют собирательной рекристаллизацией. Основной причиной собирательной рекристаллизации является стремление к уменьшению зернограничной («поверхностной») энергии благодаря уменьшению протяженности границ при росте зерна. Дисперсные частицы второй фазы тормозят рост зерна. Величина зерна тем меньше, чем больше объемная доля включений и выше их дисперсность.

где Лз.о — начальный радиус зерна; Qp — энергия активации собирательной рекристаллизации; Т, t — температура и время прибывания при ней.

нается после достижения некоторой критической температуры Ги.р.э По значению Г„.р.3 различаются стали природно-крупнозер-нистые и природно-мелкозернистые. По данным практики термической обработки Т„р.здля этих сталей составляет 1203 К и 1273... 1373 К соответственно*. Значение Ги.р.3 зависит от состава стали, наличия примесей и метода раскисления. Элементы, образующие труднорастворимые карбиды (Ti, V, Mo, W и др.), оксиды, сульфиды и нитриды (СЬ, S, N2, A1), а также поверхностно-активные (В), концентрирующиеся на границах зерен, повышают Ги.р.3. Рост зерна происходит в результате собирательной рекристаллизации, ведущий процесс которой — миграция границ зерен. Мелкодисперсные частицы карбидов и неметаллических включений замедляют миграцию границ и препятствуют росту зерна. Для каждой стали характерен определенный предельный размер зерна.

При отжиге 1300°С признаков рекристаллизации не наблюдали, и зеронная структура имела вид, характерный для состояния после волочения: сильно вытянутые зерна шириной 2..,7 мкм и длиной 20...100 мим. При 1350°С обнаружено протекание первичной рекристаллизации: структура достаточно однородная, без определенной ориентации с мелкими, примерно одинаковыми по размерам зернами — 13...5 мкм. При отжиге 1400..,1550 имели место процессы собирательной рекристаллизации: при меньших температурах в структуре наблюдали как большие вытянутые зерна' шириной 100...200 мкм, длинной 300...700 мкм, так и мелкие зерна с размерами 5...50 мкм. С увеличением температуры число и размер мелких зерен уменьшался.

Зависимость механических свойств от температуры отжига имела сложный характер (табл.). Наибольшее уменьшение прочностных показателей наблюдалось в интервале температур 1350...1450°С, а в остальных интервалах их изменение незначительно. Среди показателей пластичности наибольшей чувствительностью отличались 850 и \ур. Протекание первичной рекристаллизации вызывало незначительное понижение показателей прочности и общего остаточного сужения Vf, при этом относительное удлинение и равномерное (без учета шейки) остаточное сужение Ц/р возрастали. Мнкромеханизм разрушения не менялся и носил вязкий транскристаллитный характер с элементами продольного расслоения, которое после рекристаллизации было выражено в значительно меньшей степени. Начало протекания собирательной рекристаллизации соответствовало смене микромеханизма разрушения на вязкий межкристаллитный <-' отдельными участками квазихрупкого разрушения по границам зерен. При 1400°С но фотографиях зерешюй структуры и изломах замечено выделение крупных карбидов по границам зерен, что соответствовало резкому падению характеристик пластичности и прочности. Интенсивность проявления физического предела текучести мощно ОПИСАТЬ разницой между верхним и нижним пределами текучести Да.;-' и иеличиыой площадки текучести ЕТ- Эти величины соответственно возрастали и уменьшались с увеличением температуры отжига до НОЙ'С С, что" видимо связано с дополнительным закреплением дислокаций и дислокационных скоплений в приповерхностных слоях выделяющимися карбидами. Повышение температуры отжига, до 1450(С вызывало уменьшение размера и количества крупных карбидных выделений, что сказывалось на повышении характеристик пластичности, снижении Да-г и некотором увеличении ЕТ/. Дальнейшее повышение температуры отжига приводи ло к увеличению выделения карбидов, заметному возраетани"» доли квазихрупкой составляющей поверхности излома И к уменьшен .но показателей прочности, и пластичности. При этом ДОт сначала ун.ли чивались, а затем понижалась. Показано, что характер изменении, предложенного в [1] критерия Dv — «фрактальной размерности диш

Исследовали взаимосвязь мультифрактальных характеристик исходной структуры технически чистого молибдена, на примере структуры границ зерен (ГЗ), с механическими свойствами При статическом растяжении. Конфигурация ГЗ изменяли в процессе контролируемого отжига при температурах от 1400 до 1550С (30 мин) [1]. Для оценки мультифриктальных характеристик структур ГЗ использовали методику мультифрактальной параметризации структур материалов [2], реализованную в конкретном компьютерном алгоритме. Основные мультифрактальные характеристики структур ГЗ на разных стадиях эволюции структуры при рекристаллизации приведены в таблице. Полученные расчетные данныеДвид спектров D(q) И f((X)) свидетельствует о правомерности применения методики для анализа структур ГЗ в металлах и подобных им структур. Расчеты проводились для двух наборов масштабов: lk •= 4,8,16,32,64, k = 1.....5 (верхние цифры в таблице) и lk = 4,5,6,7,8,9,11,12,14,16,18,21,32,42,64, k - 1....Д5 (нижние цифры в таблице). Существенного влияния вариантов Набора масштабов на общий характер исследуемых характеристик не обнаружено. Установлены корреляции между такими мультифроктальны-ми характеристиками, как D4, fq СЦ и прочностными показателями Они, От, Оц Коэффициент корреляции в ряде случаев превышал 0,99. Характер изменения показателей упорядоченности изучаемых структур О.ю - Шо и Di - D40 аналогичен характеру изменения свойств, контролирующих проявление физического предела текучести — ряз-ницы между верхним и нижним пределами текучести ДО-р и величины площадки текучести EI- Данный факт свидетельствует о том, что в эффект проявления физического предела текучести, наряду с другими факторами, вносит свой вклад и структура ГЗ в приповерхностных слоях материала. Уменьшение показателя однородности структур tw с увеличением температуры отжига _ связано с протеканием процес1 -и собирательной рекристаллизации: уменьшение доли мелких зерен в структуре вызывало снижение общей доли элементов структуры, соответствующих ГЗ, и неравномерное пространственное распределение ГЗ. Так наибольшее снижение однородности наблюдалось при переходе от температуры 1400 С к 1450 С, что соответствовало наиболее pevi-

кому уменьшению количества мелких зерен в ходе процессов собирательной рекристаллизации. Отсутствие корреляции мультифракталь-ных характеристик с показателями пластичности связано с тем, что последние для Мо определяются не столь структурой ГЗ, а в значительной мере процессами выделения карбидов. Это находит отражение в смене микромеханиамов разрушения [1].

Собирательная рекристаллизация проходит после завершения первичной рекристаллизации в процессе дальнейшего нагрева. Она заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. При укрупнении зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние.