WYDZIAA
INŻYNIERII MATERIAA
OWEJ POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM MATERIAA
OZNAWSTWA
Materiały pomocnicze do ćwiczenia nr 3 pt.:
" ODKSZTAA
CENIE PLASTYCZNE I REKRYSTALIZACJA
Opracował dr inż. Andrzej W. Kalinowski
Luty 1994
1. WIADOMOSCI WST
PNE
Jedną z cech metalu jest podatność na odkształcenia trwałe pod wpływem działania sił zewnętrznych. Cechę tę nazyw-a
się plastycznością a jej wskaz
nikami mechanicznymi są: wydłużenie (A), przewężenie (Z). Wykorzystywana jest ona od chwili
kiedy człowiek, w swoim rozwoju cywilizacyjnym nauczył się uzyskiwać i stosować metale do wytwarzania przedmiotów
użytkowych.. Jedną bowiem z najstarszych technik wytwarzania jest formowanie plastyczne współcześnie nazywane obróbka
plastyczną. Posiada ona szereg zalet do których przede wszystkim należą: duży stopień wykorzystania materiału,
nieskomplikowany proces technologiczny i możliwość umacniania metali.
Dzięki tym zaletom obróbka plastyczna w zakresie technicznym ma dwa aspekty. Pierwszy jako sposób uzyskiwania
wyższych właściwości wytrzymałościowych i sprężystych, po odkształceniu. W określonych temperaturach, nazwany
umocnieniem odkształceniowym. Sposób ten ma zastosowanie do metali czystych (pierwiastków metalicznych) np. miedzi (rys.
1 a), z której wykonuje się niektóre elementy sprężyste, druty itp; aluminium w celu uzyskania większej twardości i
wytrzymałości Rm (rys. 1 b) oraz stopów jednofazowych (rys. 2), w których nie można wykorzystać innych mechanizmów
umocnienia np. przez obróbkę cieplną. Stan umocnienia odkształceniowego wywołuje się nie tylko w całej objętości metalu, ale
również w jego części np. przypowierzchniowych warstwach przedmiotu, stosując odpowiednią technikę odkształcenia jak
uderzając w powierzchnię z dużą energią kulkami wykonanymi z twardych materiałów.
Drugim aspektem obróbki plastycznej jest formowanie materiałów w użytkowe kształty stanowiące gotowe wyroby lub
półprodukty jak pręty, blachy, odkuwki przeznaczone do dalszego przetwarzania.
Nie do pominięcia jest również czynnik ekonomiczny z uwagi na wzrastające ceny materiałów metalowych,
spowodowane wyczerpywaniem się ich łatwo dostępnych z
ródeł.
Rys. 2. Zmiana właściwości mechanicznych mosiądzu jednofazowego wywołana odkształceniem plastycznym. (3)
2. ODKSZTAA
CENIE PLASTYCZNE
W metalach występują dwa rodzaje odkształceń: sprężyste i plastyczne.Odkształcenie sprężyste ma charakter nietrwały i
następuje pod wpływem działania siły zewnętrznej a po jej usunięciu materiał powraca do stanu wyjściowego. Istotą
odkształcenia sprężystego jest to, że obciążenie zewnętrzne powoduje sprężyste przesunięcia atomów z położeń równowagi
(obciążenie jest niewystarczające dla przeprowadzenia atomu w nowe położenie równowagowe). Istnieje dla każdego metalu
największa wartość siły po przekroczeniu której przedmiot nie powróci do pierwotnego kształtu. Graniczna wartość tej siły
odniesiona do pierwotnego pola przekroju, na którym działa jest naprężeniem nazwanym granicą sprężystości.
Odkształcenie trwałe-plastyczne następuje wtedy gdy wartość naprężenia wywołanego siłą przekroczy wartość granicy
sprężystości. Wielkość tego naprężenia zależy od wielu czynników, z których najważniejszymi są: siły oddziaływania między
atomami w sieci., typu sieci, szybkości i temperatury w jakiej następuje odkształcanie.
Techniczną miarą odkształcenia jest stosunek zmniejszenia pola przekroju poprzecznego (prostopadłego do kierunku
odkształcenia), do pola tego przekroju przed odkształceniem, wyrażony w procentach.
A0 - A
Z = �"100%
A0
gdzie: Ao- pole przekroju przed odkształceniem,
A- pole przekroju po odkształceniu,
Mechanizmami odkształcenia plastycznego j es t poślizg i bliz
niakowanie.
Poślizg
Poślizg polega na przemieszczeniu się jednej części kryształu względem drugiej po określonych płaszczyznach
krystalograficznych zwanych płaszczyznami poślizgu, dzięki ruchowi dyslokacji poruszających się w tych płaszczyznach
sieciowych wzdłuż określonych kierunków. Po przemieszczeniu się tych części kryształu względem siebie ich budową
krystaliczna nie ulega zmianie.
Płaszczyzny poślizgu są zwykle płaszczyznami najgęściej upakowanymi atomami. Kombinacja kierunku poślizgu i
płaszczyzny poślizgu zawierająca ten kierunek jest systemem poślizgu. W zależności od typu sieci krystalograficznej systemów
tych w jednym układzie może być wiele (rys. 3).
W przemieszczeniu się obu części kryształu względem siebie nie biorą jednocześnie udziału wszystkie atomy leżące w
płaszczyz
nie poślizgu, lecz tylko ich część. Dlatego siły potrzebne do wywołania odkształcenia w metalach są względnie małe.
Zawdzięcza się to ruchowi dyslokacji, jak wyżej napisano, które istnieją w rzeczywistych kryształach i generują się pod
wpływem sił zewnętrznych (z
ródło Frank'a-Read'a). Mechanizm poślizgu w sposób uproszczony przedstawia rysunek 4.
W pierwszej fazie pod wpływem siły F następuje odkształcenie sprężyste sieci (rys. 4a). Przy dalszym wzroście siły
przemieszczenie rzędów atomów (płaszczyzn krystalograficznych-pionowych) powyżej płaszczyzn poślizgu A-A jest tak duże
(zakładając ściśliwość sieci), że naprzeciwko kilku rzędów atomów dolnej części kryształu, znajdzie się o jeden rząd atomów
więcej w górnej części kryształu. Utworzy się w ten sposób dodatkowa półpłaszczyzna ( rys.4b ), powodująca liniowy defekt
struktury krystalicznej. Innymi słowy powstanie dyslokacja liniowa dodatnia. Powoduje ona stan zakłócenia w ułożeniu
sąsiednich atomów. Niewielka już siła spowoduje, że dyslokacja zacznie przemieszczać się w płaszczyz
nie A-A (rys. 4c). W
końcowej fazie tego ruchu dyslokacja zaniknie wychodząc z kryształu a górna część kryształu przemieszczona zostanie
względem dolnej o parametr sieciowy (rys. 4d). Po wielokrotnych takich przemieszczeniach na powierzchni kryształu utworzą
się, widoczne gołym okiem, linie zwane pasmami poślizgu.
Metale powszechnie stosowane mają budowę polikrystaliczną, w których ziarna pod względem kąta krystalograficznego są
różnie zorientowane w przestrzeni. Obroty ich sieci krystalicznej, wywołane poślizgiem mogą spowodować to, że większość
ziarn uzyska wspólną orientację. Taki układ ziarn nazywa się teksturą odkształcenia, której konsekwencją jest anizotropia
właściwości mechanicznych i innych fizycznych.
Duże odkształcenia powodują wydłużanie ziarn co prowadzi do utworzenia się budowy włóknistej typowej dla prętów,
blach i drutów.
Bliz
niakowanie
Drugim mechanizmem odkształcenia plastycznego jest bliz
niakowanie mechaniczne. Bliz
niakowanie to, w znacznym
uproszczeniu, polega na obrocie sieci krystalograficznej jednej części kryształu o pewien kąt względem drugiej w taki sposób, że
obie części uzyskają położenie symetryczne (lustrzane odbicie, rys. 6a, b). Płaszczyzna oddzielająca te części  zbliz
niaczoną i
macierzystą nazywa się płaszczyzną zbliz
niaczenia i jest jednocześnie koherentną granicą. Taki mechanizm odkształcenia
uruchamiany jest siłami zewnętrznymi. W stopach o znaczeniu technicznym często obserwuje się bliz
niaki np. w mosiądzu
jednofazowym. Niekiedy bliz
niakowaniu w czasie odkształcenia towarzyszy charakterystyczny dz
więk (chrzęst) wydawany
przez metal (np. cynk czy cynę).
Rys. 3. Systemy poślizgów w podstawowych typach sieci.
Rys.4. Schemat powstawania i przemieszczania się dyslokacji powodujących odkształcenie trwałe materiału
W mikrostrukturze materiałów polikrystalicznych obserwuje się je w odkształconych ziarnach, gdzie przebiegają zgodnie z
kierunkiem płaszczyzn poślizgu (rys. 5).
Rys. 5. Pasma poślizgu: a  w stopie Fe+10%Al., b  w mosiądzu M70
Rys. 6. Schemat tworzenia się kryształu bliz
niaczego: a - kryształ nieodkształcony, b - kryształ bliz
niaczy po odkształceniu
2.2. UMOCNIENIE METALU
Wspomnianą wcześniej cechą odkształconego metalu jest umocnienie. Praktycznie ujawnia się to wzrostem oporu metalu
przy dalszym odkształceniu. Znaczy to, że pragnąc dalej je realizować należy zwiększyć naprężenia powodujące to
odkształcenie. Stosunek przyrostu naprężeń odkształcających do przyrostu odkształcenia nazwano współczynnikiem
umocnienia:
d�
P =
d�
gdzie: � - naprężenie, � - odkształcenie.
Stan umocnienia metalu osiąga się w temperaturach niższych od temperatury określonej zależnością podaną przez
Boczwara:
Trek = aTtop
gdzie: Trek  oznacza temperaturę nazwaną temperaturą rekrystalizacji (w K),
Ttop  temperatura topnienia określonego metalu,
a  współczynnik, którego wartości wynoszą:
0,1  0,2 dla materiałów czystych,
0,4  0,5 dla materiałów o czystości technicznej
0,7  0,8 dla stopów jednofazowych
Odkształcenie przeprowadzone powyżej Trek nie powoduje umocnienia metalu i w technicznym znaczeniu nosi nazwę
obróbki plastycznej na gorąco.
W przeciwieństwie do niej odkształcenie poniżej Trek nazywa się obróbką plastyczną na zimno. Umocnienie wywołane
jest zmianami mikrostruktury i stanem naprężeń pod wpływem odkształcenia. Całokształt tych zmian nazywa się zgniotem. W
procesie odkształcenia wzrasta w materiale gęstość defektów struktury krystalicznej a głównie dyslokacji. Pod wpływem
naprężeń następuje ich generacja. Gęstość ich zwiększa się z przeciętnej ilości 106-108 linii/cm2 do 1011-1012 linii/cm2 w
metalu silnie odkształconym. Dyslokacje, którym istnieniu zawdzięcza się realizację mechanizmu poślizgu, przy wzrastającej
gęstości zaczynają sobie nawzajem przeszkadzać, a szczególnie ma to miejsce, gdy w procesie odkształcania uruchomionych jest
jednocześnie kilka systemów poślizgu, nie leżących w jednej płaszczyz
nie. To wywołuje nierównomierny rozkład dyslokacji.
Przy dużych odkształceniach prowadzi to do tworzenia się struktury komórkowej, w której wolne od dyslokacji niewielkie
objętości metalu oddzielone są ściankami splątanych dyslokacji. W strukturze takiej swobodne drogi ruchu dyslokacji są już
niewielkie i materiał osiąga dość szybko wzrost umocnienia.
W metalach-stopach rzeczywistych, polikrystalicznych przeszkodami dla ruchu dyslokacji są nie tylko same dyslokacje
(przy dużej ich gęstości), ale także granice ziarn, na których zachodzi spiętrzanie się i kotwiczenie dyslokacji.
Stąd im drobniejsze jest ziarno w metalu, tym większa jest skuteczność zaporowego działania granicy przeciwko ruchowi
dyslokacji i wyższe uzyskuje się wskaz
niki wytrzymałościowe (Rm, Re, H). Przeszkodami są także atomy składników
stopowych zajmujące miejsca węzłowe i międzywęzłowe w sieci, twarde o dużej dyspersji fazy (np. węgliki) i przypadkowe
cząstki znajdujące się w mikrostrukturze. Dla przykładu blokowanie ruchu dyslokacji atomami międzywęzłowymi w stopach
żelaza (C, N) wyjaśnić może mechanizm Cottrell'a. Istota jego polega na tym, że atomy np. węgla (ew. N) gromadzą się wokół
linii dyslokacji dla zmniejszenia występujących w tych miejscach naprężeń rozciągających, tworząc tzw. atmosfery Cottrell'a.
Wywołanie ruchu dyslokacji z takiego obszaru, gdzie utworzyły się te atmosfery wymaga większego naprężenia stycznego.
Zmianom mikrostruktury spowodowanym odkształceniem towarzyszy pojawienie się naprężeń własnych, które z uwagi
na zasięg i przyczynę powstania podzielić można na trzy rodzaje:
l. Submikroskopowe, pierwszego rodzaju, tworzące się wewnątrz ziarna w wyniku odkształcenia sieci, w pobliżu
granicy, obcych atomów i cząstek,
2. Mikroskopowe, drugiego rodzaju, powstała między sąsiadującymi ziarnami, wywołane odkształceniami sieci,
wydłużeniem i obrotem ziarn,
3. Makroskopowe, trzeciego rodzaju  między warstwami metalu spowodowane nierównomiernym odkształceniem
sieci, wydłużeniem i obrotem ziarn,
Umocniony materiał posiada wyższy zasób energii swobodnej. Jest w stanie metastabilnym, ale dość trwałym w pewnych
zakresach temperatur związanych z rodzajem materiału. Energia zużyta na odkształcenie rozdysponowana została na ciepło,
którego wydzielanie towarzyszy odkształceniu i wytworzeniu oraz przemieszczeniu defektów struktury krystalicznej. Różnica
energii wydatkowanej W i wydzielonego ciepła Q pozostaje w materiale w jego defektach i nosi nazwę energii
zmagazynowanej:
Ez=W-Q
Wartość jej zależy od stopnia odkształcenia, wielkości ziarna i czystości metalu. Przy dużych odkształceniach wartości
energii zmagazynowanej wynosi ok. 10% energii wydatkowanej w czasie odkształcenia.
3. ZDROWIENIE I REKRYSTALIZACJA
Przywrócenie materiałowi właściwości plastycznych, całkowite lub częściowe, takich jakie posiadał przed
odkształceniem, a tym samym obniżenie właściwości wytrzymałościowych i naprężeń własnych, które uzyskał dzięki
umocnieniu, przebiega w wyniku procesów aktywowanych cieplnie. Metal odkształcony w temperaturze niższej od Trek
uzyskał stan metastabilny. Powrót jego do równowagi następuje dzięki dostarczeniu ciepła (praktycznie przetrzymywania
w podwyższonych temperaturach) i wydzielaniu energii zmagazynowanej. W tym czasie w metalu zachodzą procesy
zmieniające jego mikrostrukturę, które nazywa się zdrowieniem i rekrystalizacją
Ze względu na technikę wytwarzania przy zastosowaniu obróbki plastycznej, odzyskanie właściwości plastycznych przez
metal ma podstawowe znaczenie np. przy produkcji drutów, taśm, folii czy blach. Nie można bowiem stosować bardzo dużych
jednorazowych odkształceń w temperaturach niższych od Trek nawet do metali wyżarzonych charakteryzujących się dużą
plastycznością, gdyż wskutek bardzo dużego umocnienia i utraty plastyczności może wystąpić pękanie materiału. Chcąc jednak
odzyskać właściwości plastyczne w celu dalszego odkształcenia, należy poddać materiał wygrzewaniu w temperaturze wyższej
od Trek. Obróbka taka nosi nazwę wyżarzania międzyoperacyjnego.
3.1. Zdrowienie
Zdrowienie jest pierwszym stadium powrotu materiału do stanu równowagi. Obejmuje ono procesy zachodzące w
odkształconym na zimno metalu, poddanym następnie wygrzewaniu w niezbyt wysokich temperaturach. Istotą procesu
zdrowienia jest obniżanie ilości defektów punktowych, zmniejszeniu gęstości dyslokacji i przegrupowanie dyslokacji w
konfigurację o niższej energii bez ruchu szeroko kątowych granic ziarn. Proces ten powoduje wydzielenie się części energii
zmagazynowanej i obniżenie właściwości wytrzymałościowych i fizycznych metalu oraz naprężeń własnych (rys. 7).
Rozpoczyna się on od aktywowanej cieplnie migracji defektów punktowych (atomów międzywęzłowych i wakansów), których
stężenie znacznie się obniża. Ułatwia to przemieszczanie się dyslokacji i prowadzi do ich anihilacji, tojest zaniku dyslokacji o
przeciwnych znakach oraz do ich przegrupowania. Przegrupowanie rozpoczyna się w miejscach o największej koncentracji
dyslokacji (są to miejsca najbardziej odkształcone).
Rys. 7. Wydzielanie energii zmagazynowanej w zależności od temperatury w miedzi technicznej po odkształceniu 33%.
Zmiany: "Ez - energii, HV - twardości, "R - oporności elektrycznej (3).
Jedną z prostych form takiego przegrupowania jest poligonizacja. Polega ona na tym, ze utworzone jednoimienne
dyslokacje w jednej płaszczyz
nie poślizgu, przemieszczając się tworzą ścianki prostopadłe do tej płaszczyzny (rys. 8a).
Rys. 8. Przegrupowanie dyslokacji podczas zdrowienia: a - tworzenie ścianek poligonalnych, b - łączenie się ścianek, c -
zanik ścianek przez wspinanie się dyslokacji, 1 - 3 kolejne stadia (3).
Utworzenie ścianek poligonalnych doprowadza do powstania struktury mozaikowej (bloczkowej), w której ścianki stają
się granicami wąsko kątowymi, oddzielającymi obszary materiału praktycznie wolne od dyslokacji. Obszary te nazwano
subziarnami (a strukturę złożoną z nich substrukturą). Ścianki poligonalne łączą się stopniowo w stabilne szeregi (rys. 8b), bądz

zanikają przez wspinanie się dyslokacji (rys. 8c). W efekcie tych przegrupowań następuje rozrastanie się subziarn w
uprzywilejowanych kierunkach krystalograficznych czemu sprzyja wyższa temperatura zdrowienia i małe odkształcenie.
3.2. REKRYSTALIZACJA
Rekrystalizacją nazywa się zespół procesów związanych z ruchem szeroko kątowych granic ziarn, wzrostem ziarn i
zmianą ich orientacji, zachodzących w metalu uprzednio odkształconym na zimno a następnie wygrzewanym w
odpowiedniej temperaturze. Z uwagi na pewne cechy zmian mikrostruktury zachodzące podczas rekrystalizacji podzielono
ją na: rekrystalizację pierwotną, rozrost ziarn i rekrystalizację wtórną.
Rekrystalizacja pierwotna
Po okresie zdrowienia zwykle w materiale pozostaje jeszcze część energii zmagazynowanej, stanowiącej nadmiar energii
swobodnej związanej z defektami struktury krystalicznej. Będzie ona stanowiła siłę napędową uruchamiającą proces
rekrystalizacji. Pod wpływem dostarczonej z zewnątrz energii cieplnej ( stąd konieczność wygrzewania metalu) możliwe jest
dyfuzyjne przemieszczenie się atomów co sprzyja zmianom w strukturze dyslokacyjnej, migracji granic ziarn itp.
Po okresie zdrowienia w materiale istnieją subziarna (bloczki, mozaiki) utworzone w wyniku przegrupowania
(poligonizacji) i zaniku częściowemu dyslokacji. Upraszczając bardzo tę część mechanizmu procesu rekrystalizacji można
przyjąć, że te subziarna które uzyskają granice szeroko kątowe stają się zarodkami rekrystalizacji.
Jedna z hipotez tworzenia się granicy szeroko kątowej (koniecznej aby subziarno stało się zarodkiem), przedstawia się
następująco: powstałe w wyniku poligonizacji subziarna mogą się zrastać i łączyć granice wąsko kątowe. Nowo powstałe w ten
sposób granice tworzą coraz częściej rozmieszczone dyslokacje co prowadzi do zwiększenia kąta dezorientacji i przejścia w
granicę szeroko kątową skłonną do ruchu.
Zarodki rosną tworząc nowe ziarna, orientacja których jest niezależna od otaczającej je osnowy. Wzrost odbywa się w
wyniku przemieszczania się atomów z odkształconej osnowy do ziarn nowo utworzonych przez granicę, która zaczyna się
przemieszczać. Ruch jej powoduje w znacznym stopniu likwidację napotkanych defektów punktowych i liniowych struktury
krystalicznej.
Na przebieg i wyniki rekrystalizacji wpływa szereg czynników. Do najważniejszych należy stopień odkształcenia
plastycznego na zimno. Im on jest większy tym więcej powstaje zarodków krystalizacji, a w materiale po rekrystalizacji
uzyskuje się drobne ziarno (rys. 9).
Rys. 9. Zależność wielkości ziarna po rekrystalizacji od stopnia odkształcenia na zimno
Natomiast po małych stopniach odkształcenia w czasie rekrystalizacji tworzy się mała ilość zarodków. Wtedy ziarno w
materiale uzyskuje się bardzo duże, niepożądane w materiałach konstrukcyjnych. W szczególności w przypadku
wielostopniowego odkształcenia (np. głębokiego tłoczenia), kiedy konieczne są międzyoperacyjne wyżarzania rekrystalizujące
dla przywrócenia zdolności do odkształcenia plastycznego, grube ziarno w miejscach, w których wystąpił krytyczny stopień
odkształcenia, mogą wystąpić pęknięcia w czasie następnego etapu odkształcenia. Mały stopień odkształcenia, po którym w
wyniku rekrystalizacji otrzymuje się bardzo duże ziarno nazywa się odkształceniem krytycznym. Wartość tego odkształcenia dla
wielu metali zawiera się w granicach 1%-10%, np. dla żelaza o czystości technicznej wynosi 4,5% a dla aluminium 4%.
Drugim ważnym czynnikiem decydującym o przebiegu rekrystalizacji jest temperatura. Zależność między
odkształceniem a temperaturą rekrystalizacji jest następująca: im większy stopień odkształcenia układ bardziej odchylony od
równowagi) tym niższa jest temperatura rekrystalizacji (potrzebny mniejszy bodziec do sprowadzenia układu do równowagi)
(rys. 10). Przedłużenie czasu wygrzewania obniża temperaturę rekrystalizacji. Jak wynika z rysunku 10 od pewnej
wartości odkształcenia (ok. 50%) nie następuje obniżenie temperatury rekrystalizacji.
Boczwar stwierdził, ze jest ona proporcjonalna do temperatury topnienia, przy czym współczynnik proporcjonalności
zależy od czystości metalu. Im metal jest czysty tym mniejsza jest wartość współczynnika a (wcześniej podano wzór Boczwara).
Rys. 10. Schemat zależności temperatury początku rekrystalizacji od stopnia odkształcenia na zimno.
Wyjaśnić to można tym, ze atomy pierwiastków stopowych i zanieczyszczenia utrudniają ruch granicy. Zależność
temperatury rekrystalizacji od wielu czynników, z których najważniejsze wymieniono, oznacza, że nie jest ona stałą
materiałową, a pojęciem umownym. Praktycznie za temperaturę rekrystalizacji przyjmuje się taką temperaturę, w której materiał
odzyska właściwości takie jakie miał przed odkształceniem w ciągu jednej godziny.
Skutki doboru Trek poprzedzonej odkształceniem plastycznym na zimno, przedstawia się często w postaci wykresów
przestrzennych (rys. 11).
Rys. 11. Wykres przestrzenny rekrystalizacji aluminium o czystości 98,5% Al.
Jak wcześniej napisano odkształcenie przeprowadzone powyżej temperatury rekrystalizacji określa się jako obróbkę
plastyczną na gorąco. Cechą charakterystyczna odkształcenia w takich temperaturach jest to, że nie uzyskuje się efektu
umocnienia materiału. Bowiem odkształcaniu towarzyszą jednocześnie procesy zdrowienia i rekrystalizacji nazywane
zdrowieniem dynamicznym i rekrystalizacją dynamiczną.
Praktyczną, szeroko wykorzystywaną zaletą takiego sposobu odkształcenia jest uzyskiwanie jednorazowo bardzo
dużych odkształceń, ponieważ w tych temperaturach opór plastyczny jest mniejszy, a jednocześnie ma wartość stałą (brak
umocnienia).
Rozrost ziarna (rekrystalizacja równomierna)
Istotą tego procesu jest wzrost średniej wielkości ziarna (rys. 12) w uprzednio całkowicie zrekrystalizowanej osnowie w
taki sposób, że ziarna większe rosną kosztem ziarn mniejszych. Siłą napędową rozrostu ziarna jest dążność metalu do
osiągnięcia niższej energii swobodnej, co zrealizowane zostaje przez skrócenie i wyprostowanie granic ziarn (zmniejszenie w
ten sposób energii powierzchniowej granic ziarn).
Rys. 12. Wpływ temperatury na wielkość ziarna: a - schemat wzrostu ziarna w zależności od temperatury wygrzewania, b - ziarno
mosiądzu M70 po rekrystalizacji pierwotnej; c - ziarno mosiądzu M70 w fazie rozrostu
Rekrystalizacja wtórna
Polega na selektywnym rozroście niektórych ziarn w wysokich temperaturach. Proces ten następuje po rekrystalizacji
pierwotnej. Skutkiem rekrystalizacji wtórnej jest utworzenie się struktury o bardzo zróżnicowanej wielkości ziarna. Zmiany
zachodzące w mikrostrukturze i właściwościach mechanicznych odkształconego na zimno metalu i następnie wygrzewanego w
różnych temperaturach, schematycznie pokazano na rys. 13. Ogólny przebieg tych zmian jest taki, że wraz ze wzrostem
temperatury obniżają się właściwości wytrzymałościowe a plastyczne rosną. Praktycznie można więc dobierając odpowiednie
warunki odkształcenia i następnie wygrzewania kształtować mikrostruktury metalu i uzyskiwać wymagane właściwości
mechaniczne.
Rys. 13. Schemat zmian mikrostruktury i właściwości mechanicznych odkształconego metalu, w zależności od temperatury
wygrzewania.
Rekrystalizacja jest również pożądana dla uzyskania lepszego przewodnictwa elektrycznego tam gdzie ma ono istotne
znaczenie: w stanie zrekrystalizowanym droga elektronów między jonami atomów jest mniej zakłócona niż w przypadku sieci
odkształconej w wyniku obróbki plastycznej na zimno (rys. 14).
Rys 14. Zależność temperaturowa oporu właściwego od zawartości domieszek, oraz odkształcenia na zimno. (5)
4. PYTANIA KONTROLNE
l. Podać definicję dyslokacji.
2. Krótko wyjaśnić mechanizm odkształcenia plastycznego.
3. Co to jest energia zmagazynowana Ez ?
4. Co to jest tekstura obróbki plastycznej ?
5. Dlaczego ze wzrostem odkształcenia na zimno wzrasta stopień umocnienia materiału ?
6. Od czego zależy stopień umocnienia materiału ?
7. N a czym polega proces zdrowienia ?
8. Jakie zmiany zachodzą w strukturze materiału podczas zdrowienia ?
9. Krótko omówić zmiany zachodzące w mikrostrukturze materiału podczas rekrystalizacji pierwotnej.
10. Wyjaśnić pojęcie: temperatura rekrystalizacji.
11. Co jest siłą napędową rozrostu ziarna ?
12. Dlaczego w podwyższonych temperaturach ziarno ulega rozrostowi ?
13. Jakie czynniki wpływają na wartość temperatury rekrystalizacji ?
14. Obliczyć temperaturę rekrystalizacji Cu ( Ttop 1083�C) posługując się zależnością Boczwara: Trek= aTtop zakładając wartość
współczynnika a=0,4.
15. Co znaczą pojęcia: obróbka plastyczna na zimno i obróbka plastyczna na gorąco ?
16. Co to jest odkształcenie krytyczne ?
17. Dlaczego przy odkształceniu krytycznym wielkość ziarna jest duża ?
18. Czy z ołowiu można wykonać sprężynę (temp. topnienia ołowiu wynosi 327�C) ?
19. jakimi sposobami można spowodować wzrost Rm i RO2 (lub Re) w miedzi i aluminium ?
20. Podać przykłady w jakich wyrobach (elementach) umacniamy materiał korzystające z obróbki plastycznej na zimno.
21. W jakich przypadkach konieczne jest przeprowadzenie rekrystalizacji materiału >
5. LEKTURA
1. K. Wesołowski   Metaloznawstwo i obróbka cieplna Wyd. WNT 1972 Warszawa
2. R. Haimann   Metaloznawstwo Wyd Politechnika Wrocławska 1974
3. St. Prowans   Struktura stopów Wyd. PWN 1991 Warszawa
4. L. Dobrzański   Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali Wyd. Politechnika Śląska, Gliwice 1995
5. K. Przybyłowicz   Metaloznawstwo WNT Warszawa 1996