Восстановление (металлургия) - Recovery (metallurgy)

Восстановление - это процесс, с помощью которого деформированные зерна могут уменьшить свою запасенную энергию за счет удаления или перестройки дефектов в своей кристаллической структуре. Эти дефекты, в первую очередь дислокации , возникают в результате пластической деформации материала и увеличивают предел текучести материала. Поскольку восстановление снижает плотность дислокаций, процесс обычно сопровождается уменьшением прочности материала и одновременным увеличением пластичности. В результате восстановление может считаться полезным или вредным в зависимости от обстоятельств. Восстановление связано с аналогичным процессом рекристаллизации и роста зерен , каждый из которых является этапом отжига . Восстановление конкурирует с рекристаллизацией, поскольку и то и другое происходит за счет накопленной энергии, но также считается необходимым предварительным условием для зарождения рекристаллизованных зерен. Это так называется потому, что происходит восстановление электропроводности за счет уменьшения дислокаций. Это создает бездефектные каналы, увеличивая длину свободного пробега электронов.

Определение

Физические процессы, которые подпадают под обозначения восстановления, рекристаллизации и роста зерна, часто трудно различить точно. Доэрти и др. (1998) заявил:

«Авторы согласились, что ... восстановление можно определить как все процессы отжига, происходящие в деформированных материалах, которые происходят без миграции высокоугловой границы зерен».

Таким образом, процесс можно отличить от рекристаллизации и роста зерен, поскольку оба процесса характеризуются значительным перемещением границ зерен под большим углом.

Если восстановление происходит во время деформации (ситуация, которая обычна при высокотемпературной обработке), то оно называется «динамическим», а восстановление, происходящее после обработки, называется «статическим». Принципиальное отличие состоит в том, что во время динамического восстановления запасенная энергия продолжает поступать, даже если она уменьшается в процессе восстановления, что приводит к некоторой форме динамического равновесия .

Процесс

Рис 1. Аннигиляция и реорганизация массива краевых дислокаций в кристаллической решетке.

Рис 2. Анимация аннигиляции и реорганизации краевых дислокаций в кристаллической решетке.

Деформированная конструкция

Сильно деформированный металл содержит огромное количество дислокаций, преимущественно захваченных «клубками» или «лесами». Движение дислокаций относительно затруднено в металле с низкой энергией дефекта упаковки, поэтому распределение дислокаций после деформации в значительной степени случайное. Напротив, металлы с умеренной и высокой энергией дефекта упаковки, например алюминий, имеют тенденцию образовывать ячеистую структуру, в которой стенки ячеек состоят из грубых клубков дислокаций. Соответственно сниженная плотность дислокаций внутри ячеек.

Аннигиляция

Каждая дислокация связана с полем деформации, которое вносит небольшой, но конечный вклад в запасенную в материалах энергию. При повышении температуры - обычно ниже одной трети от абсолютной точки плавления - дислокации становятся подвижными и могут скользить , поперечно скользить и подниматься . Если две дислокации противоположного знака встречаются, они эффективно сокращаются, и их вклад в запасенную энергию удаляется. Когда аннигиляция завершена, останется только одна избыточная дислокация.

Перестановка

После аннигиляции любые оставшиеся дислокации могут выстраиваться в упорядоченные массивы, где их индивидуальный вклад в запасенную энергию уменьшается из-за перекрытия их полей деформации. Самый простой случай - это массив краевых дислокаций с одинаковым вектором Бургера. Этот идеализированный корпус может быть изготовлен путем изгиба монокристалла, который будет деформироваться в системе одиночного скольжения (оригинальный эксперимент, проведенный Каном в 1949 году). Краевые дислокации перестраиваются в границы наклона , простой пример малоугловой границы зерен . Теория границ зерен предсказывает, что увеличение разориентации границы увеличит энергию границы, но уменьшит энергию на одну дислокацию. Таким образом, есть движущая сила для создания меньшего количества границ с большей разориентацией. Ситуация с сильно деформированными поликристаллическими материалами, естественно, более сложна. Многие дислокации с разными векторами Бургера могут взаимодействовать, образуя сложные двумерные сети.

Развитие подструктуры

Как упоминалось выше, деформированная структура часто представляет собой трехмерную ячеистую структуру со стенками, состоящими из клубков дислокаций. По мере восстановления эти клеточные стенки претерпевают переход к подлинной субзеренной структуре. Это происходит за счет постепенного устранения посторонних дислокаций и перегруппировки оставшихся дислокаций в малоугловые границы зерен.

За формированием субзерен следует укрупнение субзерен, при котором средний размер увеличивается, а количество субзерен уменьшается. Это уменьшает общую площадь границ зерен и, следовательно, запасенную энергию в материале. Крупнозернистый субзерн имеет много общего с ростом зерна.

Если субструктура может быть аппроксимирована массивом сферических субзерен радиуса R и граничной энергии γ _s ; запасенная энергия однородна; а сила на границе распределена равномерно, давление P определяется как:

{\ displaystyle P = - \ alpha \; R {\ frac {d} {dR}} \ left ({\ frac {\ gamma \; _ {s}} {R}} \ right) \, \!}

Поскольку γ _s зависит от граничной разориентации окружающих субзерен, движущее давление обычно не остается постоянным во время укрупнения.

Languages

In other projects