Процессы идущие при нагреве холоднодеформированного металла

Состояние деформированного (наклепанного) металла термодинамический нестабильно при всех температурах. За счет энергии структурных несовершенств созданных при наклёпе, его свободная энергия больше, чем у отожженного.

Переход в более стабильное состояние требует определенной подвижности атомов (энергия тепловых колебаний атомов); поэтому он протекает с практически заметной скоростью только при достаточно высокой температуре (относительно температуры плавления), но этот переход (в отличие от процессов обычных фазовых превращений) не связан с какой-либо определенной температурой.

В отличие от полиморфных превращений, происходящих при строго определенных температуре и давлении и сопровождающихся скачкообразным изменением свободной энергии, переход деформированного металла из метастабильного в более стабильное состояние с меньшей свободной энергией (меньшая концентрация разного типа структурных несовершенств и их более энергетически выгодное распределение) происходит в определённом интервале температур и длительности нагрева.

Необходимую тепловую энергию для удаления структурных дефектов определенного типа называют энергией активации Qсоответствующего процесса. Время τ начала такого процесса сокращается с повышением температуры Т по экспоненциальному закону:

τ = τ0exp (Q / kТ)

где τ0 – константа; Q – энергия активации для различного типа дефектов и процессов имеет разные значения; k –постоянная Больцмана.

Для точечных дефектов значение Q минимально и много меньше, чем для удаления дислокаций и тем более миграции границ зерен.

Поэтому практически все структурные дефекты, кроме точечных, при комнатной температуре и при более низких температурах «заморожены». Если нагрев осуществлять до температуры выше комнатной, то удаление структурах дефектов будет осуществляться ступенчато при температурах тем более высоких, чем больше соответствующая энергия активации.

Корректное определение истинной энергии активации удаления данного конкретного типа дефектов возможно только в том случае, когда концентрации и положение дефектов других типов остаются неизменными. Однако, если в реальных условиях образец нагреть с большой скоростью на высокую температуру, то процессы миграции дефектов разного типа с разной энергией активации будут накладываться друг на друга.

При этом изменяется не только скорость отдельных процессов, но и возникающая при этом конфигурация оставшихся дефектов и их комбинации. Определяемая при этом энергия активации является эффективной энергией активации. При нагреве деформированного металла до температур (0,16 – 0,2) Тпл как правило значения ряда свойств (незначительное снижение твердости и прочности металла и повышение пластичности) и, прежде всего, электросопротивления в значительной мере возвращаются к значениям, которые они имели до внешнего воздействия, поэтому эти стадии процесса получили название «возврат».

Стадии, отвечающие более высоким температурам нагрева и связанные с перераспределением и частичной аннигиляцией дислокаций, и образованием областей с пониженной плотностью дислокаций, окруженных малоугловыми границами, называли полигонизацией, а с образованием и ростом зародышей новых бездефектных зерен, отделенных высокоугловыми границами – рекристаллизацией.