ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Первичная рекристаллизация (рекристаллизация обработки) из "Теория термической обработки металлов " Начиная с определенной температуры при отжиге холодноде формированного металла происходят сильные изменения микроструктуры, которые относятся к процессу, называемому рекристаллизацией. Наряду с вытянутыми деформированными зернами даже при небольших увеличениях светового микроскопа можно различить новые более или менее равноосные рекристаллизованные зерна (рис. 19,6). По мере увеличения времени или температуры отжига площадь шлифа, занятая новыми зернами, возрастает, а старые деформированные зерна постепенно исчезают (рис. 19,в). Рентгеновский анализ, а позднее электронная микроскопия фольг показали, что новые равноосные зерна отличаются от старых вытянутых зерен деформированной матрицы не только формой, но и, что гораздо важнее, более совершенным внутренним строением, резко пониженной плотностью дислокаций. Если плотность дислокаций в сильно деформированном металле составляет 10 —ом , то после прохождения рекристаллизации она снижается до 10 — —10 см-2. [c.52] Образование и рост зерен с более совершенной структурой, окруженных высокоугловыми границами, за счет исходных деформированных зерен той же фазы называют первичной рекристаллизацией или рекристаллизацией обработки. [c.54] Кинетика первичной рекристаллизации резко отличается от кинетики возврата. Если возврат не имеет инкубационного периода, скорость его максимальна в начальный период и непрерывно уменьшается во время изотермической выдержки (см. рис. 15), то рекристаллизация, наоборот, начинается после инкубационного периода, а скорость ее (приращение рекристаллизованного объема в единицу времени) нарастает от нуля до максимума, а затем снижается. Затухание рекристаллизации вызвано прекращением роста все большего числа новых зерен из-за их соприкосновения между собой. [c.54] Термодинамическим стимулом первичной рекристаллизации является накопленная при пластической деформации энергия, связанная в основном с дислокациями. Уменьшение плотности дислокаций при первичной рекристаллизации приводит к высвобождению основной доли этой накопленной энергии, что обнаруживается при калориметрических исследованиях. [c.55] Уменьшение энергии в объеме кристаллов, происходящее в процессе повышения их структурного совершенства, перекрывает возрастание поверхностной энергии при любых, даже самых малых размерах рекристаллизованного зерна. Совсем не обязательно, чтобы зерна в рекристаллизованном металле были крупнее, чем в деформированном. К моменту окончания первичной рекристаллизации суммарная поверхность равноосных зерен, выросших из множества центров, может быть больше суммарной поверхности вытянутых деформированных зерен. Несмотря на это, свободная энергия рекристаллизованного металла меньше, чем деформированного, из-за уменьшения плотности дислокаций внутри зерен. [c.55] Для эффективного управления рекристаллизационными процессами необходимо знать механизм зарождения рекристаллизо-ванных зерен. Этот механизм в некоторых чертах остается еще дискуссионным, но о нем уже многое известно. [c.55] Главным в механизме зарождения рекристаллизованных зерен в любых материалах и в любых условиях является формирование окруженного высокоугловыми границами участка с высоким структурным совершенством. В зависимости от природы металла, температуры, скорости, степени и вида пластической деформации, скорости нагревания при отжиге и других факторов зародыш рекристаллизации в деформированной матрице формируется разными путями. [c.55] Это формирование проходит в тех участках деформированных зерен, где благоприятны условия для возникновения высокоугловой границы, окружающей их. Металлографическим анализом давно установлено, что рекристаллизонные зерна появляются преимущественно на границах деформированных зерен и двойников, в полосах деформации, полосах сброса и около включений. [c.55] Наблюдения за структурными изменениями в фольгах при отжиге их в колонне электронного микроскопа показали, что зародыши рекристаллизации могут формироваться из субзерен. [c.55] Участком, от которого начинается выгибание высокоугловой границы, может быть сравнительно крупное и совершенное субзерно. Образованию выступа может предшествовать также коалесценция субзерен в одном из зерен вблизи его границы (рис. 22). [c.56] Такая коалесценция создает крупный и весьма совершенный по структуре участок, способный к поеданию своего окружения. [c.56] Рассмотренная схема сильно формализована, но она правильно отражает возникновение зародыша в местах с сильной локальной кривизной решетки деформированных зерен. [c.57] К полигонизации как начальному этапу зародышеобразования. Этот этап и составляет сущность инкубационного периода. [c.57] Зародышами, из которых постепенно формируются центры рекристаллизации, могут быть отдельные наиболее совершенные и хорошо оформленные ячейки и субзерна в деформированном металле, которые растут за счет окружающих ячеек и субзерен. С ростом степени деформации, как отмечалось в 5, ячеистая и субзеренная структуры совершенствуются и поэтому число зародышей рекристаллизации возрастает. [c.58] Из двух механизмов укрупнения субзерен, рассмотренных в 7 (миграция У-образного стыка и коалесценция субзерен), большую роль в формировании центров рекристаллизации, по-видимому, играет механизм коалесценции. Это, в частности следует из прямых наблюдений за зарождением рекристаллизованных зерен в фольгах, отжигавшихся в колонне высоковольтного электронного микроскопа. При групповой коалесценции исчезновение отдельных малоугловых границ приводит к постепенному образованию высокоугловой границы окружающей участок слившихся субзерен, который и является центром рекристаллизации. В одной из работ показано, что такой центр в алюминии растет вначале из-за присоединения соседних субзерен путем коалесценции. затем вследствие коалесценции и миграции его границ и, наконец, механизм коалесценции субзерен полностью сменяется механизмом миграции высокоугловой границы в сторону деформированной матрицы. [c.58] При реализации любого из рассмотренных механизмов зародышеобразования ведущую роль играют диффузионные процессы, в частности переползание дислокаций, объемная диффузия, необходимая для поворота субзерен (см. 7), и др. Поэтому образование центров рекристаллизации — термически активируемый процесс, ускоряющийся с ростом температуры. [c.58] Возврат, предшествующий рекристаллизации, влияет на заро-дышеобразование, причем влияние это двойственное. [c.58] Отдых всегда должен в той или иной степени затруднять зарождение центров рекристаллизации, так как уменьшение концентрации вакансий при отдыхе замедляет диффузионные процессы, контролирующие скорость формирования центров рекристаллизации. [c.58] Если же в деформированном металле дислокации распределены неравномерно, имеются участки с большим избытком дислокаций одного знака и ячейки, то ускоренная полигонизация в пред-почтительных местах приводит к образованию крупных субзерен, которые растут за счет соседей, быстро набирают угловую раз-ориентировку на своей границе и превращаются в центры рекристаллизации. Такая полигонизация является начальным этапом рекристаллизации. После того как рекристаллизация началась, она из-за большой подвижности высокоугловых границ быстра охватывает весь объем металла, не оставляя поля деятель ности для более медленной полигонизации, опережая полигонизацию. Это положение характерно для отжига поликристаллов после средних и больших деформаций. [c.59] При разработке режимов термической обработки и для других целей необходимо уметь экспериментально фиксировать начало появления рекристаллизованных зерен сравнительно простым методом. При решении большинства прикладных задач условное начало рекристаллизации определяют с помощью световой микроскопии по появлению первых обычно более светлых равноосных зерен на фоне сильнее травящейся деформированной матрицы или рентгеновским методом по появлению точечных пятен ( уколов ) на размытых интерференционных линиях рентгенограммы. Каждое такое пятно соответствует отражению рентгеновских лучей от рекристаллизованного зерна размером 2—5 мкм. Световая микроскопия надежно выявляет рекристаллизованные зерна после достижения ими размера 10—60 мкм. Иногда начало рекристаллизации определяют по началу интенсивного падения твердости или предела прочности. Но, как будет показано в 13, этот метод пригоден не для всех материалов. [c.59] Вернуться к основной статье