Возврат (металлургия)

Существует 2 стадии возврата

Возврат первого рода, известный также как отдых, это процесс, протекающий при температурах от 0,1 до 0,2 Т_пл (температуры плавления), при которой происходит перераспределение и уменьшение концентрации точечных и линейных дефектов без образования новых субзёрен. При этом Q отдыха равна 0,1—0,7 эВ.

Возврат второго рода, известный также как полигонизация, это процесс, протекающий при температурах от 0,25 до 0,35 Т_пл (температуры плавления), при котором происходит перераспределение дислокаций, приводящее к образованию субзёрен в деформированных моно- и поликристаллах. при этом Q полигонизации составляет 1,0—1,5 эВ^[1].

В результате фазовых превращений, пластической деформации, облучения частицами высоких энергий и др. в металлах и сплавах возникают состояние наклёпа и структурные несовершенства (точечные, линейные дефекты и др.). Наклёпанное состояние металла неустойчиво — в нём самопроизвольно происходит снятие искажений структуры, вызванных наклёпом^[4].

Возврат воздействует на точечные дефекты — вакансии и межузельные атомы. При возврате происходит уменьшение концентрации вакансий и межузельных атомов вследствие их аннигиляции и/или миграции (стока) в дислокации, внутрифазные границы и на внешние границы изделия (особенно для тонкоплёночных изделий), а также образования дефектов упаковки^[3].

Возврат производится при нагреве металлов и сплавов ниже температуры рекристаллизации путём удаления (стадия «отдыха») и последующего перераспределения с целью снижения концентрации (стадия «полигонизации») дефектов их кристаллической структуры, в первую очередь так называемых дислокаций, которые не связаны с образованием и движением границ кристаллитов. Процессы при возврате протекают в различных температурных интервалах, поскольку дефекты кристаллического строения, появляющиеся при деформации от наклёпа, могут иметь совершенно различный характер и типы, а следовательно, энергия активации для этих процессов тоже требуется различная.

Во время отдыха происходит снижение концентрации точечных дефектов, после чего они аннигилируются и перемещаются к границам дислокаций; последние же перераспределяются путём скольжения в своих плоскостях, не образуя новые границы. Во время полигонизации дислокации перераспределяются посредством диффузии и скольжения, что сопровождается частичной аннигиляцией. В результате этой стадии образуются так называемые «полигоны» — области внутри кристаллитов, которые отделены друг от друга малоугловыми дислокационными границами и вследствие этого не содержат дислокаций. Полигонизация может являться начальной стадией рекристаллизации, если речь идёт о нагреве после больших деформаций. В этом случае важно уменьшить плотность дислокаций в материале, чтобы полностью удалить эффект холодной деформации. Отдыхом часто называют снятие искажений в наклёпанном металле именно при нагреве до определённой для каждого металла температуры и выдержке при ней. В таком случае отдых можно рассматривать как разновидность термической обработки^[4].

Во время второй стадии (полигонизации) для отслеживания структурных изменений применяется электронно-микроскопический анализ тонких фольг, который может выполняться как «на просвет», так и с помощью оптического микроскопа после травления. Также анализу обязательно подвергаются формы рентгеновских рефлексов и рентгенограмма как таковая, на которой исследуется уменьшение ширины линий. При возврате металлов повышается их пластичность, но такие свойства, как электросопротивление, коэрцитивная сила, прочность, твёрдость и растворимость в кислотах, заметно уменьшаются; при этом некоторые из них (электросопротивление) восстанавливаются уже на стадии отдыха, другие (коэрцитивная сила, механические свойства) — только при полигонизации. В случае высокой энергии дефектов упаковки у металла степень восстановления его свойств при возврате больше, чем в случае низкой. При более высокой температуре нагрева и продолжительности процесса возврата степень восстановления свойств увеличивается^[5].

При комнатной температуре отдых происходит очень медленно он значительно ускоряется при нагреве (для углеродистой стали до 200—400°С). В металлах с низкой температурой плавления (свинец, олово) отдых происходит при комнатной температуре^[4].