Odkształcenie plastyczne i rekrystalizacja metali

Ogólna charakterystyka mechanizmów odkształcenia plastycznego

Poślizg dyslokacyjny - polega na wzajemnym przemieszczeniu się jednej części kryształu względem drugiej w płaszczyznach poślizgu w wyniku ruchu dyslokacji w kierunku poślizgu. Budowa krystaliczna

obu części kryształu pozostaje niezmieniona,

• Bliźniakowanie mechaniczne - polega na jednorodnym ścinaniu o wektor bliźniakowania kolejnych warstw atomów w płaszczyznach bliźniakowania. Zbliźniaczona część kryształu ulega skręceniu względem części nieodkształconej w taki sposób, że ich struktury krystaliczne są symetryczne osiowo względem płaszczyzny

bliźniakowania,

• Wysokotemperaturowe mechanizmy odkształcenia plastycznego - pełzanie dyfuzyjne, pełzanie dyslokacyjne, poślizg

po granicach ziarn

Typ sieci	System poślizgu	Liczba systemów poślizgu
	Płaszczyzna poślizgu	Kierunek poślizgu
A1	{iii}	<110>
	{110}	<111>
A2	{211}	<111>
	{321}	<111>
	{0001}	<1120>
A3	{10T0}	< 1120>
	(10!1}	<1120>

Systemy poślizgu w metalach o sieci A1, A2, A3

Pasmo poślizgu

Schemat linii i pasm poślizgu na powierzchni kryształu

odkształconego plastycznie

Ruchoma strzałka na rysunku wskazuje kierunek poślizgu

Zmiana postaci próbki monokrystalicznej spowodowana poślizgiem podczas rozciągania siłą F, przy braku sztywnego zamocowania

Mechanizm powstawania bliźniaka odkształcenia w sieci A1

Systemy bliźniakowania w metalach o sieci A1, A2, A3

	System bliźniakowania
Typ sieci	Płaszczyzny bliźniakowania	Kierunki bliźniakowania
A1	{111}	< 112 >
A2	{112}	< 111 >
A3	{1012}	< 1010 >

• Pełzanie dyfuzyjne - proces ten zachodzi za pośrednictwem dyfuzyjnego ruchu masy po granicach ziarn i przez ziarna pod działaniem naprężeń normalnych. Ponieważ szerokokątowe granice ziarn są drogami łatwej dyfuzji atomów, więc efektywność odkształcenia plastycznego przez pełzanie dyfuzyjne po granicach ziarn zaznacza się już powyżej 0,3T_t natomiast powyżej 0,5T_t zaczyna przebiegać pełzanie

dyfuzyjne przez ziarna za pośrednictwem dyfuzji objętościowej.

• Pełzanie dyslokacyjne - w procesie tym mają miejsca dynamiczne procesy aktywowane cieplnie, usuwające częściowo lub niemal całkowicie skutki umocnienia zgniotowego: zdrowienie dynamiczne, rekrystalizacja

dynamiczna,

• Poślizg po granicach ziarn - proces ten polega na przesuwaniu się i obrotach ziarn wzdłuż ich granic szerokokątowych. W polikryształach odkształconych plastycznie na gorąco jest on wyłącznie skutkiem ruchu wzdłuż granic ziarn dyslokacji granic ziarn lub dyslokacji sieciowych.

Umocnienie odkształceniowe - zachodzi w materiale podczas jego deformacji. Zmiany zachodzące w strukturze i właściwo ściach metali pod wpływem odkształcenia plastycznego na zimno określa się zgniotem. Jego miarą jest stopień gniotu wyrażony ubytkiem przekroju w %:

F - _F

Z = -^ ¹ • 100%

Z - stopień gniotu [%]

F_o - pole powierzchni przekroju przed odkształceniem F₁ - pole powierzchni przekroju po odkształceniu

Tekstura odkształcenia - uprzywilejowana orientacja krystalograficzna ziarn względem kierunku i płaszczyzny obróbki plastycznej. Tekstura zgniotu decyduje o anizotropii własności mechanicznych i fizycznych metali obrobionych plastycznie na zimno. Metale odkształcone plastycznie na zimno z dużym stopniem gniotu wykazują strukturę włóknistą o znacznej wartości stosunku długości ziarn do ich średnicy.

Tekstury najczęściej występujące w niektórych metalach po zgniocie

Metal	Typ sieci krystalicznej	Rodzaj obróbki plastycznej
		Przeciąganie
		Kierunki równoległe do osi drutu
Al.
Ni		[111]
Au	A1	i
Cu		[100]
Ag
Fe
Mo	A2	[110]
Ta
W
Mg
Zn	A3	[0001]
Cd
Zr

Procesy aktywowane cieplnie zachodzące podczas wyżarzania metali uprzednio odkształconych plastycznie na zimno

• Zdrowienie statyczne - proces ten zachodzi poniżej temperatury rekrystalizacji, związany jest ze zmniejszeniem stężenia defektów punktowych, gęstości dyslokacji oraz zmianami w ich przestrzennym rozmieszczeniu. Podczas zdrowienia następuje dyfuzja i anihilacja defektów punktowych, poś lizg i wspinanie dyslokacji, anihilacja dyslokacji różnoimiennych, kurczenie się i zanik pętli dyslokacyjnych

• Rekrystalizacja statyczna - proces ten zachodzi powyże temperatury rekrystalizacji i polega na powstawaniu i migracj' szerokokątowych granic ziarn. Kolejne etapy rekrystalizacji obejmują: zdrowienie, poligonizację i rekrystalizację pierwotną obejmującą zarodkowanie i wzrost zarodków nowych ziarn do wytworzenia struktury drobnoziarnistej. Niekorzystnym etapami rekrystalizacji są:

rozrost ziarn oraz rekrystalizacja wtórna

El

Przegrupowanie dyslokacji podczas zdrowienia - wspinanie się

dyslokacji granicy subziarn i jej zanik

m

Kolejne fazy przegrupowania krawędziowych dyslokacji

jednoimiennych (poligonizacja)

Tworzenie zarodka rekrystalizacji przez koalescencję podziarn

m

Krzywe zmian różnych własności przy nagrzewaniu materiału odkształconego plastycznie na zimno

Zmiana mikrostruktury metalu w wyniku przeróbki plastycznej na zimno

i wyżarzania

n

Zmiana struktury metalu podczas odkształcenia plastycznego na zimno i wyżarzania rekrystalizującego

m

m •

V Procesy aktywowane cieplnie zachodzące podczas W odkształcenia plastycznego na gorąco

Ir Zdrowienie dynamiczne - proces ten stanowią poślizg poprzeczny i wspinanie dyslokacji. W odróżnieniu od wspinania dyslokacji, poślizg poprzeczny nie ulega ograniczeniu w temperaturze rekrystalizacji. W wyniku zdrowienia dynamicznego powstaje komórkowa podstruktura dyslokacyjna i podziarna. Stadium zdrowienia, w wyniku które powstają podziarna jest określana poligonizacją dynamiczną. Szybkość wspinania dyslokacji podczas odkształcenia plastycznego na gorąco zwiększa się wraz ze wzrostem stopnia gniotu. W wyniku tego zwiększa się częstotliwość anihilacji dyslokacji. Nowe dyslokacje ulegają przegrupowaniu w nowe podgranice i ścianki komórek dyslokacyjnych, a zjawisko to nosi nazwę

repoligonizacji.

• Rekrystalizacja dynamiczna - zachodzi w czasie samego odkształcenia plastycznego. Zale ży od temperatury, szybko ści odkształcenia, składu chemicznego stopu oraz przeprowadzonej poprzednio obróbki cieplnej i mechanicznej. Nowo utworzone ziarna nasycają się ponownie dyslokacjami w następnym etapie odkształcenia. Znaczne zwiększenie szybkości odkształcenia sprzyja zarodkowaniu przez migrację odcinków szerokokątowych granic ziarn pierwotnych. Zwi ę kszenie temperatury obróbki plastycznej na gorąco, oraz zmniejszenie szybko ści odkształcenia sprzyja przyspieszeniu rekrystalizacji

dynamicznej.

b)	n rt
K	0,7
	0,8
/ \ 0,9

7—

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Odkształcenie

Krzywe wpływu szybkości odkształcenia i temperatury na przebieg g-£

m

Walcowanie na gorąco Umocnienie kontrolowane przebiegiem zdrowienia dynamicznego

Walcowanie na gorąco Umocnienie kontrolowane przebiegiem rekrystalizacji dynamicznej

m