Динамическая перекристаллизация - Википедия - Dynamic recrystallization

Динамическая рекристаллизация (DRX) - это тип перекристаллизация процесс, найденный в полях металлургия и геология. При динамической рекристаллизации, в отличие от статической рекристаллизации, зарождение и рост новых зерен происходит во время деформации, а не после нее как часть отдельной термообработки. Уменьшение размера зерна увеличивает риск скольжения по границам зерен при повышенных температурах, а также снижает подвижность дислокаций в материале. Новые зерна менее деформированы, что снижает твердость материала. Динамическая рекристаллизация позволяет получить новые размеры и ориентацию зерен, что может предотвратить распространение трещин. Вместо деформации, вызывающей разрушение материала, деформация может инициировать рост нового зерна, поглощая атомы из соседних ранее существовавших зерен. После динамической рекристаллизации пластичность материала увеличивается.[1]

В кривая напряжение – деформация начало динамической рекристаллизации можно определить по отчетливому пику напряжения течения в горячая работа данные, из-за смягчающего эффекта рекристаллизации. Однако не все материалы демонстрируют четко определенные пики при испытании в горячих условиях работы. Начало DRX также можно определить по точка перегиба на графиках зависимости скорости деформационного упрочнения от напряжения. Было показано, что этот метод можно использовать для установления наличия DRX, когда его нельзя однозначно определить по форме кривой потока.

Если колебания напряжения возникают до достижения установившегося состояния, то происходит несколько циклов рекристаллизации и роста зерен, и поведение напряжения считается циклическим или многопиковым. Конкретное поведение напряжения перед достижением установившегося состояния зависит от начального размером с зернышко, температура и скорость деформации.

DRX может иметь различные формы, в том числе:

Динамическая рекристаллизация зависит от скорости создания и движения дислокаций. Это также зависит от скорости восстановления (скорости, с которой дислокации аннигилируют). Взаимодействие между деформационным упрочнением и динамическим восстановлением определяет структуру зерна. Это также определяет восприимчивость зерен к различным типам динамической рекристаллизации.[1] Независимо от механизма, чтобы произошла динамическая кристаллизация, материал должен испытать критическую деформацию. Конечный размер зерна увеличивается с увеличением напряжения. Для получения очень мелкозернистой структуры напряжения должны быть высокими.[2]

Некоторые авторы использовали термин «постдинамический» или «метадинамический» для описания рекристаллизации, которая происходит во время фазы охлаждения процесса горячей обработки или между последовательными проходами. Это подчеркивает тот факт, что рекристаллизация напрямую связана с рассматриваемым процессом, одновременно признавая отсутствие сопутствующей деформации.

Геометрическая динамическая рекристаллизация

Геометрическая динамическая рекристаллизация происходит в зернах с локальными зубцами. Зерна удлиняются до тех пор, пока их толщина не упадет ниже порогового значения, ниже которого границы зубцов пересекаются, в результате чего более мелкие зерна отщипываются, становясь равноосными.[1] Зубцы могут возникать раньше нагрузок, оказываемых на материал, или могут возникать в результате деформации материала.[3]

Геометрическая динамическая рекристаллизация имеет 6 основных характеристик:[3]

  • Обычно это происходит при деформации при повышенных температурах в материалах с высокой энергией дефекта упаковки.
  • Стресс увеличивается, а затем снижается до устойчивого состояния
  • Формирование субзерен требует критической деформации
  • Пики разориентации субзерен при 2˚
  • Небольшое изменение текстуры
  • Закрепление границ зерен вызывает увеличение необходимой деформации

Прерывистая динамическая рекристаллизация

Прерывистая рекристаллизация неоднородна; есть четкие стадии зарождения и роста. Это обычное явление для материалов с низкой энергией дефекта упаковки. Затем происходит зарождение новых зерен без деформации, которые поглощают уже существующие деформированные зерна. Это легче происходит на границах зерен, уменьшая размер зерна и тем самым увеличивая количество центров зародышеобразования. Это дополнительно увеличивает скорость прерывистой динамической рекристаллизации.[3]

Прерывистая динамическая рекристаллизация имеет 5 основных характеристик:[3]

  • Рекристаллизация не происходит, пока не будет достигнута пороговая деформация.
  • Кривая напряжения-деформации может иметь несколько пиков - универсального уравнения не существует.
  • Зарождение ядра обычно происходит по уже существующим границам зерен.
  • Скорость рекристаллизации увеличивается с уменьшением исходного размера зерна.
  • Имеется постоянный размер зерна, который достигается по мере протекания рекристаллизации.

Прерывистая динамическая рекристаллизация вызвана взаимодействием деформационного упрочнения и восстановления. Если аннигиляция дислокаций происходит медленно по сравнению со скоростью, с которой они генерируются, дислокации накапливаются. После достижения критической плотности дислокаций зарождение происходит на границах зерен. Миграция границ зерен, или перенос атомов от большого ранее существовавшего зерна к меньшему ядру, позволяет расти новым ядрам за счет ранее существовавших зерен.[3] Зарождение может происходить из-за вздутия существующих границ зерен. Выпуклость образуется, если субзерна, примыкающие к границе зерен, имеют разные размеры, вызывая несоответствие энергии от двух субзерен. Если балдж достигает критического радиуса, он успешно переходит в устойчивое зародыш и продолжает свой рост. Это можно смоделировать с помощью теорий Кана, относящихся к зарождению и росту.[2]

Прерывистая динамическая рекристаллизация обычно дает микроструктуру "ожерелья". Поскольку рост новых зерен энергетически выгоден вдоль границ зерен, образование новых зерен и их выпучивание преимущественно происходит вдоль уже существующих границ зерен. Это создает слои новых, очень мелких зерен вдоль границы зерен, первоначально не затрагивая внутреннюю часть ранее существовавшего зерна. По мере продолжения динамической рекристаллизации происходит поглощение нерекристаллизованной области. По мере продолжения деформации рекристаллизация не поддерживает когерентность между слоями новых зародышей, создавая случайную текстуру.[4]

Непрерывная динамическая рекристаллизация

Непрерывная динамическая рекристаллизация обычна для материалов с высокой энергией дефекта упаковки. Это происходит, когда формируются малоугловые границы зерен, которые превращаются в большеугловые, образуя в процессе новые зерна. Для непрерывной динамической рекристаллизации нет четкого различия между фазами зарождения и роста новых зерен.[3]

Непрерывная динамическая рекристаллизация имеет 4 основных характеристики:[3]

  • По мере увеличения напряжения напряжение увеличивается
  • По мере увеличения деформации разориентация границ субзерен увеличивается.
  • По мере того, как малоугловые границы зерен эволюционируют в большеугловые границы зерен, разориентация однородно увеличивается.
  • По мере увеличения деформации размер кристаллитов уменьшается.

Существует три основных механизма непрерывной динамической рекристаллизации:

Во-первых, непрерывная динамическая рекристаллизация может происходить, когда малоугловые границы зерен собираются из дислокаций, сформированных внутри зерна. Когда материал подвергается постоянному напряжению, угол разориентации увеличивается до тех пор, пока не будет достигнут критический угол, создавая границу зерен под большим углом. Этой эволюции может способствовать закрепление границ субзерен.[3]

Во-вторых, непрерывная динамическая рекристаллизация может происходить через рекристаллизация с вращением субзерен; субзерна вращаются, увеличивая угол разориентации. Когда угол разориентации превышает критический угол, бывшие субзерна квалифицируются как независимые зерна.[3]

В-третьих, непрерывная динамическая рекристаллизация может происходить из-за деформации, вызванной полосы микросдвига. Субзерна собраны дислокациями внутри зерна, образованными в процессе деформационного упрочнения. Если внутри зерна образуются полосы микросдвига, создаваемое ими напряжение быстро увеличивает разориентацию малоугловых границ зерен, превращая их в границы зерен с большим углом. Однако влияние полос микросдвига локализовано, поэтому этот механизм предпочтительно воздействует на области, которые деформируются гетерогенно, такие как полосы микросдвига или области вблизи уже существующих границ зерен. В процессе рекристаллизации он распространяется из этих зон, образуя однородную равноосную микроструктуру.[3]

Математические формулы

На основе метода, разработанного Поляком и Йонасом, разработано несколько моделей для описания критической деформации для начала DRX как функции максимальной деформации кривой напряжение-деформация. Модели получены для систем с одним пиком, то есть для материалов со средними и низкими значениями энергии дефекта упаковки. Модели можно найти в следующих статьях:

Поведение DRX для систем с множеством пиков (а также с одним пиком) можно смоделировать с учетом взаимодействия множества зерен во время деформации. I. e. ансамблевая модель описывает переход между одно- и многопиковым поведением в зависимости от начального размера зерна. Он также может описывать влияние переходных изменений скорости деформации на форму кривой потока. Модель можно найти в следующей статье:

Литература

Рекомендации

  1. ^ а б c Маккуин, Х. Дж. (8 декабря 2003 г.). «Развитие теории динамической рекристаллизации». Материаловедение и инженерия: A: 203–208 - через Elsevier Science Direct.
  2. ^ а б Робертс, В .; Альблом, Б. (28 апреля 1997 г.). «Критерий зарождения для динамической рекристаллизации во время горячей обработки». Acta Metallurgica. 26 (5): 801–813. Дои:10.1016/0001-6160(78)90030-5 - через Elsevier Science Direct.
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j Хуанг, К .; Logé, R.E. (29 августа 2016 г.). «Обзор явлений динамической рекристаллизации в металлических материалах». Материалы и дизайн. 111: 548–574. Дои:10.1016 / j.matdes.2016.09.012 - через Elsevier Science Direct.
  4. ^ Ponge, D .; Готтштейн, Г. (18 декабря 1998 г.). «Формирование ожерелья во время динамической рекристаллизации: механизмы и влияние на поведение потока». Acta Materialia. 46: 69–80. Дои:10.1016 / S1359-6454 (97) 00233-4 - через Elsevier Science Direct.