1. Co to jest energia zmagazynowana?
2. Jakie zmiany strukturalne towarzyszą zdrowieniu?
3. W jaki sposób tworzą się zarodki rekrystalizacji?
4. Jakie czynniki wpływają na proces rekrystalizacji pierwotnej?
5. Narysować i omówić krzywą kinetyczną izotermicznej rekrystalizacji.
6. Co to są krzywe izochroniczne rekrystalizacji?
7. Co to jest temperatura rekrystalizacji i od czego zależy?
8. Czy proces rekrystalizacji zmienia orientację krystalograficzną ziaren? Tak, zmienia. Zmiany orientacji krystalograficznych

dobrze obrazują tekstury rekrystalizacji blach. Wyżarzanie rekrystalizujące może spowodować zmianę tekstury walcowania
na nową.

9. Dlaczego długotrwałe wyżarzanie rekrystalizujące powoduje rozrost ziaren?
10. Co to jest anormalny rozrost ziaren?

Rekrystalizacja materiałów odkształconych plastycznie na zimno jest procesem mającym za zadanie przywrócenie materiałowi
własności, jakie miał przed odkształceniem. Jest to ważny proces, ponieważ metale i ich stopy przerabiane plastycznie na zimno
ulegają umocnieniu, które uniemożliwia dalsze odkształcenie. W celu przywrócenia zdolności do odkształcenia plastycznego, metale
muszą być poddane wyżarzaniu rekrystalizującemu. (7)Temperatura rekrystalizacji zależy od czasu wyżarzania, stopnia odkształcenia,
zawartości domieszek, wielkości początkowego ziarna. Jest to temperatura, w której własności materiału powracają do tych jakie
miał przed odkształceniem po jednej godzinie wyżarzania. Przyjmuje się, że odkształcenie plastyczne na zimno odbywa się poniżej
połowie wartości temperatury topnienia metalu wyrażone w K. (1)Za zmiany własności mechanicznych wywołane odkształceniem
plastycznym odpowiedzialne są defekty struktury, takie jak: wady punktowe, dyslokacje, błędy ułożenia, pasma ścinania, bliźniaki
deformacji. Miarą ilości wad struktury wytworzonych odkształceniem jest wielkość energii zmagazynowanej w materiale. W czasie
odkształcenia plastycznego do 10% wydatkowanej energii może zostać zmagazynowane. Na ilość energii zmagazynowanej wpływa
wiele czynników. Są to czynniki zależne od materiału odkształcanego tj.: jego rodzaju i czystości, struktury przed odkształceniem
oraz zależne od warunków odkształcenia (stopnia, prędkości i temperatury deformacji). Rekrystalizacja metalu umocnionego
odkształceniowo powoduje uwolnienie energii zmagazynowanej i powrót do stanu niskoenergetycznego. Zmiany struktury
zachodzące podczas procesu rekrystalizacji należy do podziału na zdrowienie, rekrystalizację pierwotną oraz rozrost ziaren.

Zdrowienie to wszystkie zmiany strukturalne, zachodzące pod wpływem aktywacji termicznej w materiale odkształconym
plastycznie, niepowodujące tworzenia się frontów rekrystalizacji (zarodków) ani ich migracji. (2)Zdrowienie dzieli się na następujące
zmiany strukturalne:

1. Zmniejszenie stężenia wad punktowych (wakacji, atomów międzywęzłowych)
2. Przegrupowanie dyslokacji drogą poślizgu, niszczenie dyslokacji przeciwnych znaków, zanik pętli dyslokacji
3. Przegrupowanie dyslokacji przez wspinanie

Poligonizacja – jeżeli podczas odkształcenia plastycznego działa tylko jeden system poślizgu, np. zginanie monokryształów metali
sieci A3, to zdrowienie prowadzi do podziału kryształów na małe bloki wolne od dyslokacji, nieznacznie różniące się orientacją.
Poszczególne bloki oddzielone są od siebie granicami prostopadłymi do płaszczyzn poślizgu i zbudowane z dyslokacji krawędziowych.

Mechanizmy zdrowienia materiałów polikrystalicznych, w których działa podczas odkształcenia plastycznego wiele systemów
poślizgu, zależą od ich struktury. W materiałach o dużej energii błędu ułożenia (EBU), w których odkształcenie prowadzi
do utworzenia komórkowych układów dyslokacji, zachodzące podczas wyżarzania rekrystalizującego procesy zdrowienia
doprowadzają do powstania podziaren. Powstają one przez przemieszczanie się dyslokacji ku ściankom komórek, w których
następuje przegrupowanie dyslokacji i anihilacja dyslokacji przeciwnych znaków. Odkształcenie plastyczne materiałów o małej EBU,
w których dyslokacje są rozciągnięte w pierwotnych płaszczyznach poślizgu, a poślizg poprzeczny jest utrudniony, powoduje
tworzenie się błędów ułożenia, bliźniaków deformacji oraz pasm ścinania. Zdrowienie w takich materiałach zachodzi bardzo wolno
i nie prowadzi do utworzenia struktury podziarnowej.

Rekrystalizacja pierwotna odkształconych plastycznie na zimno materiałów jest procesem powstawania zarodków (frontów
rekrystalizacji), a następnie wzrostu utworzonych nowych ziaren (migracja frontów rekrystalizacji). (4)Czynnikiem decydującym
o przebiegu rekrystalizacji i strukturze materiału zrekrystalizowanego jest tworzenie zarodków, nowych nieodkształconych ziaren.

(3)Warunkiem powstania zarodka jest, aby energia odkształcenia zmagazynowana w danym miejscu sieci była większa od energii
powierzchni tworzącego się zarodka. Zarodkowanie jest zwykle heterogeniczne, tzn. zachodzi w gdzie są granice pierwotne ziaren,
obszary przyległe do dużych cząstek drugiej fazy, przecięcia bliźniaków odkształcenia, pasma ścinania i jest niezależnie od wielkości
ich EBU. Zarodki mogą powstawać przez migracją pierwotnych granic ziaren lub przez wzrost podziaren. Przez migracje pierwotnych
granic ziaren powstają wówczas, gdy istnieje różnica gęstości dyslokacji po obu stronach granic ziaren. W materiałach o dużej EBU
zarodki powstają w obszarach pierwotnych granic ziaren przez wzrost podziaren. Zarodkowanie przez migracje granic pierwotnych
ziaren ma miejsce w stopach o małej EBU. Podczas migracji podziaren ich granice przyłączają pojedyncze dyslokacje oraz granice
innych podziaren, co powoduje wzrost dezorientacji pomiędzy rosnącymi podziarnami. Powstanie zarodków rekrystalizacji przez
koalescencję podziaren zachodzi w wyniku stopniowego zanikania ich wspólnej granicy. Następuje to wskutek przesunięcia dyslokacji
zanikającej granicy do granic sąsiednich oraz dyfuzji atomów po granicach otaczających podziarna, ulegających koalescencji.
Tworzenie się zarodków rekrystalizacji wewnątrz ziaren pierwotnych ma miejsce wtedy, gdy w wyniku odkształcenia plastycznego
powstaną w materiale bliźniaki deformacji oraz pasma ścinania. Na proces rekrystalizacji mają wpływ pierwiastki rozpuszczone
w metalu, które zmieniając EBU, powodują zmianę jego struktury po odkształceniu. Nieduże ilości atomów obcych rozpuszczonych
w metalu wpływają na rekrystalizację przez to, że utrudniają przegrupowanie dyslokacji oraz hamują migrację granic ziaren. Cząstki
drugiej fazy również wpływają na proces rekrystalizacji. Cząstki duże (0,3 um) i odległe od siebie przyspieszają rekrystalizację,
ponieważ powodują wzrost gęstości dyslokacji. Kolejnym czynnikiem jest stopień odkształcenia; im wyższy stopień odkształcenia tym
większa skłonność materiału do rekrystalizacji.

Procesy zarodkowania i wzrostu zachodzące w czasie określają kinetykę rekrystalizacji. Rekrystalizację rozpoczyna okres inkubacji,
w którym tworzą się zarodki nowych ziaren. Następnie szybkość procesu wzrasta, osiągając maksimum po zrekrystalizowaniu polowy
objętości materiału, potem stopniowo maleje. Kinetykę rekrystalizacji w warunkach izotermicznych opisuje się równaniem
Johnasona i Mehla oraz Avramiego:

x- ułamek objętości zrekrystalizowanej; B – stała; t – czas wyżarzania; K – stała.

(5)Typowe krzywe izotermiczne, obrazujące kinetykę rekrystalizacji przedstawiają ułamek objętości zrekrystalizowanej zależnej
od czasu dla danej temperatury. (6)Częściej stosowane są izochroniczne krzywe rekrystalizacji. Przyjmując stały czas rekrystalizacji,
wyznacza się zmianę własności mechanicznych materiału w różnych temperaturach. Nagłe zmiany wytrzymałości oraz odkształcenia
materiału wyżarzanego wyznaczają temperaturę rekrystalizacji.

Rozrost ziaren to określenie wzrostu średniej wielkości ziaren. W materiale zrekrystalizowanym, który ma pewien zasób energii
swobodnej, zmagazynowanej w granicach ziaren. Rozrost zmniejsza całkowitą energię swobodną przez zmniejszanie powierzchni
ziaren. Zdolność do przemieszczania się granicy ziaren jest zależna od wielkości, kształtu i orientacji sąsiednich ziaren. Rozrost ziaren
może być opóźniony przez hamujące działanie niewielkich ilości domieszek. Umiejscowione w granicach ziaren domieszki wytwarzają
pole naprężeń, tzw. Atmosfery atomów domieszek. Rozrost ziaren można rozpisać zależnością:

D – średnia wielkość ziarna po czasie t; k – stała, której wartość zależy od temperatury; n – wykładnik potęgowy przyjmujący wartość
0,1-0,5

(10)W niektórych materiałach występuje anormalny wzrost ziaren, zwany rekrystalizacją wtórną, dotyczy ona materiałów poddanych
dużemu odkształceniu i proces wyżarzania występował w wysokiej temperaturze. Anormalny wzrost polega na szybkim rozroście
niektórych ziaren, doprowadzającym do zajęcia przez nie dużej części objętości materiału kosztem ziaren pozostałych. Czynnikami
sprzyjającemu anormalnemu rozrostowi są: nierównomierny rozkład cząstek innej fazy oraz uprzywilejowana orientacja. Normalny
rozrost ziaren doskonali teksturę rekrystalizacji, to rozrost anormalny przeważnie powoduje rozwój składowej podrzędnej do tego
stopnia, że staje się ona uprzywilejowaną orientacją, kosztem poprzedniej składowej głównej. Anormalny rozrost ziaren pozwala
otrzymać tekstury, które są związane z bardzo dużą wielkością ziarna, co jest wykorzystywane przy produkcji materiałów
o specjalnych właściwościach.