ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZN EMETALI

Przeróbka plastyczna umożliwia zmianę właœciwoœci metali i stopów.

Dzieli się jš w zależnoœci 0d temperatury tego procesu na przeróbkę plastycznš

na zimno, wykonywanš poniżej temperatury rekrystalizacji, oraz przeróbkę pla-

stycznš na goršco, wykonywanš powyżej temperatury rekrystalizacji.

Odkształcenie plas~'czne jest zwišzane z występowaniem w metalach de-

fektów budowy krystalicznej i zachodzi przez poœlizg lub bliŸniakowanie~

Poœlizg w kryształach wywołany naprężeniem jest zwi~any z przemiesz-

czaniem się jednej częœci kryształu względem drugiej w wyniku migracji dyslo-

kacji w płaszczyznach poœlizgu wzdłuż okreœlonych kierunków (rys. 1)- Budowa

krystaliczna 0bu częœci kryształów pozostaje niezmieniona.

Ruch dyslokacji wywołany przyłożonym naprężeniem odbywa się w okre-

œlonych systemach poœlizgu, tzn. w płaszczyznach poœlizgu {hkl} i kierunkach

poœlizgu <uvw>, którymi sš najczęœciej płaszczyzny i kierunki 0 najgęstszym

ułożeniu atomów (tab. 1). Linie poœlizgu ujawnia się stosujšc odpowiedniš pre-

paratykę metalograficznš. W wyniku poœlizgu przemieszczšjš się warstwy me-

talu oddalone 0 10- 1000 œrednic atomowych, tworZĽc linie poœlizgu. Dalsze

odkształcanie plastyczne powoduje powstawanie nowych linii poœlizgu, które

z liniami powstałymi wczeœniej tworzš tzw. pasma poœlizgu (rys. 2).

Gdy poœlizg zostanie zahamowany, może wystšpić (zwłaszcza w metalach

0 strukturze AZ i A3) drugi mechanizm odkształcenia plastycznego, tzw. bliŸ-

niakowanie (tab. 2). BliŸniakowanie polega na jednorodnym œcinaniu kolejnych

warstw atomów w płaszczyznach bliŸniakowania. ZbliŸniaczona częœć kryształu

jest zwierciadlanym odbiciem kryształu macierzystego (rys. 3).

Naprężenie niezbędne do zApOczštkowania bliŸniakowania jest znacznie

większe 0d naprężenia koniecznego do jego rozprzestrzeniania się, stšd bliŸnia-

kowanie zachodzi pod działaniem znacznych sił zewnętrznych (np. dla cynku

naprężenie zarodkowania bliŸniaków wynosi 5-35 Pa, natomiast naprężenie ich

propagacji ~5 Pa).

Poœl izg rozpoczyna się zawsze w tym systemie, w którym składowa styczna

naprężenia osišgnie wartoœć większš 0d krytycznej wartoœci naprężenia stycz-

nego ,rkr (wartoœć krytyczna - najmniejsze naprężenie powodujšce poœlizg dyslo-

kacji).

Naprężenie styczne Tkk działajšce w płaszczyŸnie poœlizgu (zakreskowanej)

i kierunku kp można wyrazić zależnoœciš Schmida i Boasa (rys. 4):

Naprężenie .tkk wywoła poœlizg dyslokacji, gdy osišgnie wartoœć większš

0d ,rkr (przy .tkk < .tkr kryształ ulega odkształceniu sprężystemu). Gdy naprężenie

w kilku systemach poœlizgu jest jednakowe, poœlizg wystšpi w nich jednocze-

œnie, powodujšc odpowiednio większe umocnienie materiału-

BliŸniaki mechaniczne powstałe wskutek odkształcenia plastycznego majš

koherentnš granicę z nieodkształconš osnowš-

Bliżniaki wyżarzania utworzone podczas wyżarzania rekrystalizujšcego wy-

kazujš półkoherentnš granicę z nieodkształconš osnowš.

BliŸniaki nigdy nie przecinajš granic ziarn. Jeżeli bliŸniak kończy się prey

granicy ziarna, to występujšce naprężenie może spowodować powstanie bliŸ-

niaka zaczynajšcego się w tym samym miejscu granicy, ale w ziarnie przyle-

głym.

W wyniku odkształcenia plastycznego następuje wydłużenie ziam w kie-

runku płynięcia materiału, tym większe, im większy gniot. Duże gnioty poWO-

dujš utworzenie mikrostruktury pasmowej lub włóknistej. Odkształcenie pla-

styczne powoduje wzrost gęstoœci defektów, które można obserwować pod mi-

kroskopem elektronowym jako skupiska (sploty) dyslokacji, niekiedy tworZĽce

œcianki komórek, pomiędzy którymi występujš obszary materiału 0 znacznie

mniejszej gęstoœci dyslokacji (tzw. substruktura komórkowa).

Niejednorodnoœć odkształcenia plastycznego mono- i polikryształów po- .

woduje powstanie pasm, które podczas odkształcenia doznały obrotu 0 rónly .

kšt. Pomiędzy tymi pasmami, składajšcymi się głównie z wielu wydłużonych ,

..

podziam, nazywanymi pasmami przejœciowymi, występujš obSzAry charaktery-

,. i

zujšce się mniejszš dezorientacjš sieci. W odkształconvch metalach 0 sieci Al ~~ l

- , ~i i

różnice w mikrostrukturze wynikajš z różnic energii błędu ułożenia (EBm %

~

i względnej temperatury odkształcenia, natomiast w metalach 0 sieci AZ rónliCe ~;,

te wynikajš ze sposobu odkształcenia i stanu mikrostruktury wyjœciowej. ~~~

f~

j

Większoœci metali odkształconych plastycznie towarzyszy zjawisko umoc- 'ł

nienia, tzn. wzrost właœciwoœci mechanicznych (Rm' Ro.Z lub i

gorszenie właœciwoœci plastycznych w porównaniu z właœciwoœciami przed 0d- l

kształceniem plastycznym. l

Umocnienie metali jest spowodowane zmniejszeniem zdolnoœci

czania się dyslokacji wywołanym przyrostem naprężenia wskutek ich

nego blokowania oraz oddziaływania z przeszkodami, tj. granicami ziam,

dzieleniarni, atomami obcyrni

W monokryształach, w których występuje wiele systemów poœlizgu, od-

kształcenie plastyczne zostaje zapoczštkowane w tym systemie, w którym na-

prężenie styczne osišga wartoœć krvty - cznš w pierwszej kolejnoœci (tzw. pier-

wotny system poœlizgu). Wzrost wielkoœci odkształcenia powoduje umocnienie

metalu i uaktywnienie innych systemów poœlizgu (tzw. wtóme systemy poœli-

zgu).

Krzywa umocnienia (rys. 5) wykazuje trzy stadia:

. 1 stadium - tzw. stadium łatwego poœlizgu, charakteryzujšce się małym

umocnieniem liniowym - działa tylko jeden system poœlizgu,

. 11 stadium - tzw. stadium umocnienia liniowego - uaktywniajš się wtóme

systemy poœl izgu,

. 111 stadium - tzw. stadium umocnienia parabolicznego, w którym wystę-

puje poœlizg poprzeczny dyslokacji œrubowych powodujšcy stopniowe

zrnniejszenie umocnienia.

W wyniku odkształcenia plastycznego na zimno materiałów polikrystalicz-

nych może powstawać uprzywilejowana orientacja krystaliczna nazywana

teksturš odkształcenia (rys. 6). Teksturę charakteryzuje uprzywilejowana płasz-

czyzna (orientacja okreœlonych płaszczyzn w krysztale) i oœ (orientacja kierunku

w krysztale). Z teksturš jest zwi~na anizotropia właœciwoœci mechanicznych

j fizycznych. Z reguły 0d materiałów jest wymagana jak najmniejsza anizotro-

powoœć właœciwoœci (wyjštkiem mogš być blachy transformatorowe, w których

celowo jest kształtowana anizotropia właœciwoœci magnetycznych).

Podczas odkształcenia plastycznego występuje zjawisko niejednorodnoœci

odkształcenia zwi~ne ze sposobem odkształcenia i mikrostrukturš materiału.

Materiał będšcy w kontakcie z narzędziem odkształca się mniej niż œrodkowe

obszary wyrobu. Fazy twarde również ulegajš mniejszym odkształceniom niż

fazy plastyczne, co może w ostatecznoœci prowadzić do pęknięć i rozwarstwień

(tzw. dekohezji).

Poniżej temperatury rekrystalizAcj i T

R odkształcenie plastyczne zAchodzi

w ~cyniku poœlizgu lub bliŸniakowania. W temperaturze ~cyższej 0d TR wystę-

puje niskonaprężeniowe pełzanie przez poœlizg (lub poœlizg ze wspinaniem

dyslokacji), pełzanie dyfuzyjne lub poœlizg po granicach ziarn, w ~-yniku któ-

rych jest realizowane odkształcenie plastyczne.

Pełzanie dyslokacyjne jest wypadkowym, złożonym procesem przemieszcZa-

nia się dyslokacji, zAchodzšcym w temperaturze T > 0,3 T, w czystych metalach

i T > 0,4 T, w stopach. Pełzanie dv ~ slokacyjne można podzielić (wg Ashby' ego

i Frosta) na:

. pełzanie spowodowane poœlizgiem dyslokacji.

. pełzanie wywołane poœlizgiem i wspinaniem dyslokacj i,

. pełzanie Harpera-Doma, w którym przy liniowej zależnoœci naprężenia

0d odkształcenia osišgana prędkoœć odkształcenia jest większa niż pod-

CzAS pełzAnia dyfuzyjnego; zachodzi pod obcišżeniem 5.10-6G w alumi-

nium i ołowiu, stšd tylko teoretyczne znaczenie tego pełzania.

PełzAnie dyslokacyjne 1a duże znaczenie w odkształceniu plastycznym.

W trakcie odkształcenia plastycznego na goršco zAchodZĽ aktywowane cieplnie

dynamiczne procesy zdrowienia i rekrystalizacji. Oba procesy powodujš czę-

œciowe lub całkowite usunięcie umocnienia odkształceniowego (rys. 7). Prak-

tycznie mechanizm poœlizgu dyslokacji 1a WÓWCzAS bardzo niewielkie znacze-

nie. Jest to spowodowane występowaniem w metalach wielu systemów poœli-

zgu, w których występuje przecinanie się dyslokacji i tworzenie barier unie-

możliwiajšcych przekroczenie wartoœci naprężeń odkształcenia. Ominięcie ba-

rier może się odbywać przez wspinanie dyslokacj i krawędziowych, możliwe

tylko w odpowiednio wysokiej temperaturze (w której występuje duży ruch wa-

kansów), lub przez poœlizg dyslokacji œrubowych, które mogš zmieniać płasz-

czyznę poœlizgu. Poœlizg poprzeczny i wspinanie dyslokacji zAchodzš podcZaS

zdrowienia dynamicznego, w trakcie którego powstaje dyslokacyjna substruktu-

ra komórkowa.

Szybkoœć wspinania dyslokacji zależy 0d wielkoœci odkształcenia: im

większe odkształcenie, tym większe stężenie wakansów, a tym samym większa

szybkoœć wspinania. W wyniku tego zwiększA się również szybkoœć anihilacji

dyslokacji, osišgajšc wartoœć charakterystycznš dla stanu równowagi, i tworzy

się dyslokacyjna substruktura komórkowa, której podziama charakteryzujš się

stałym kštem dezorientacji. Dalsze odkształcanie odbywa się przy stałym naprę-

żeniu, tzw. naprężeniu płynięcia (pozioma linia na rys. 7). Następujšce dalsze

odkształcanie powoduje tworzenie nowych dyslokacji, które przegrupowujš się

w nowe granice podziam (tworZĽ się nowe granice komórek dyslokacyjnych).

Wielkoœć komórek i podziam pozostaje stała, charakterystyczna dla warunków

i temperatury odkształcenia. Zwiększenie temperatury lub odkształcenia powo-

duje zmniejszenie gęstoœci dyslokacji, gdyż wzrasta liczba zdarzeń aktywowa-

nych cieplnie (zwiększa się szybkoœć anihilacji dyslokacj i, a stan równowagi

~.."lstępuje przy mniejszej gęstoœci dyslokacji). W wyższej temperaturze i przy

.:

wlększym gniocie wielkoœć podziam jest większa, natomiast naprężenie płynię-

cia mniejsze.

Rekrystalizacja dynamiczna - zachodzi przy dużych stopniach odkształcenia

przekraczajšcych gniot krytyczny rekrystalizacji dynamicznej Ek,d w metalach

0 małej energii błędu ułożenia podczas przeróbki plastycznej na goršco. kry-

tvczna wielkoœć odkształcenia zależy 0d rodzaju materiału, temperatury i wiel-

koœci odkształcenia oraz przeszłoœci technologicznej materiału (wczeœniejszej

przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej). Migrujšce szerokokštowe granice

ziam (fronty rekrystalizacji) powodujš utworzenie nowych ziam, w których

w W)miku dalszego odkształcania powstajš nowe dv . slokacje. czyli że mikro-

struktura po rekrystalizacji dynamicznej nie jest mikrostrukturš stabilnš. Im

wv . ŻSzA temperatura i większe odkształcenie, tym szybciej przebiega rekrystali-

zacja dynamiczna (rys. 8).

Rekrystalizacja metadynamiczna występuje jedynie wtedy, kiedy podczas

odkształcenia plastycznego zostaje zapoczštkowana (lecz nie zakończona) re-

krystalizacja dynamiczna. Rekrystalizacja metadynamiczna nie wymaga okresu

inkubacji, gdyż polega na wzroœcie zArodków rekrystalizacji powstałych pod-

czas rekrystalizacji dynamicznej. Szybkoœć rekrystalizacji metadynamicznej jest

znacznie mniejsza niż szybkoœć zdrowienia statycznego, natomiast jej udział

w usuwaniu umocnienia jest większy niż rekrystalizacji statycznej.

W wyniku wygrzewania izotermicznego bezpoœrednio po zakończeniu

przeróbki plastycznej na goršco mogš zachodzić następujšce procesy zależne 0d

wielkoœci odkształcenia (rys. 7):

. przy odkształceniu Ekzs (gniot krytyczny rekrystalizacji statycznej) -

zdrowienie statyczne,

. przy odkształceniu większym 0d Ekzs i rnniejszym 0d Ekrd - rekrystalizacja

statyczna,

. zdrowienie statyczne, rekrystalizacja metadynamiczna i ewentualnie re-

krystalizacja statyczna przy odkształceniu większym 0d Ekrd, lecz mniej-

szym 0d Epumin

Eksploatacja specjalistycznych urZĽdzeń lub niektóre procesy przeróbki

plastycznej odbywajš się w wysokiej temperaturze. przy małych naprężeniach

i z niewielkš prędkoœciš odkształcania. Takie warunki przetwórstwa lub eksplo-

atacji powodujš, że odkształcenie plastyczne zAchodzi w wyniku pełzania dyfu-

zyjnego lub poœlizgu po granicach ziam.

Pełzanie dyfuzyjne zachodzi w temperaturze wyższej 0d temperatury 0,4 T

t

i przy małych naprężeniach .r < 10-4 G. W warunkach niehydrostatycznego stanu

naprężeń stężenie wakansów jest niejednakowe w różnych obszarach (powstajš

lokalne gradienty), co powoduje przepływ wakansów z obszarów 0 dużym po-

tencjale do obszarów 0 małym potencjale. Ukierunkowany przepływ wakansów

(a tym samym masy) prowadzi do wydłużenia ziam (w skali mikroskopowej)

i odpowiada za odkształcenie materiału.

W pełzaniu dyfuzyjnym w zależnoœci 0d warunków odkształcenia może

zachodzić samodyfuzja objętoœciowa, samodyfuzja po granicach ziam lub oba

typy transportu jednoczeœnie. Prędkoœć pełzania dyfuzyjnego zależy 0d wielko-

œci ziama " im mniejsze ziarno, tym większa prędkoœć pełzania dyfuzyjnego.

Poœlizg po granicach ziarn - zachodzi w warunkach odkształcenia zbliżonych

do warunków charakterystycznych dla pełzAnia dyfuzyjnego. W ostatnio pre-

zentowanych poglšdach uważa się, że poœlizg ten zachodzi w wyniku przyłšcza-

nia dyslokacji do granic ziam i ich dysocjacji w tych granicach. Ruch zdyso-

cjowanych dyslokacji w granicy ziam powoduje przemieszczanie się granicy

ziarna oraz poœlizg dyslokacji po granicy.

W celu okreœlenia praktycznego zastosowania metali i stopów konstruuje

się mapy odkształcenia plastycznego, które wyznaczAjš występowanie okreœlo-

nych mechanizmów odkształcenia w danych warunkach odkształcenia (rys. 9).

Na mapach przedstawia się zależnoœć dominujšcego mechanizmu odkształ-

cenia w zAleżnoœci 0d temperatury homologicznej (tj. stosunku temperatury T do

temperatury topnienia Tt metalu w skali bezwzględnej) i naprężenia redukowa-

nego (tj. stosunku rzeczywistego naprężenia ~ do modułu sprężystoœci posta-

ciowej G). Mapy odkształcenia plastycznego powstajš na podstawie obliczeń

teoretycznych z wykorzystaniem odpowiednich wielkoœci fizycznych wyzna-

czonych eksperymentalnie. Opisujš wpływ czynników zewnętrznych i we-

Ivnętrznych (cechy indywidualne materiału) na procesy odkształcenia bez

uwzględnienia zjawisk mikroskopowych zachodzšcych podczas odkształcenia.

REKRYST ALIZACJA

2.1. lstota rekrystalizacji

Odkształcenie plastyczne na zimno powoduje zmianę mikrostruktury, stanu

naprężeń i właœciwoœci metalu. Stan metalu po odkształceniu plastycznym na

zirnno jest stanem metastabilnym. W metalu jest zgromadzona energia we-

wnętrzna nazywana energiš zmagazynowanš Ez:

Ez =w-q

gdzie: W - praca wykonana podczas odkształcenia plastycznego na zimno,

Q - ciepło wydzielone podczas odkształcenia.

Wartoœć energii zmagazynowanej podCzAS odkształcenia plastycznego na

zimno zalety 0d czynników zwišzanych:

. z przebiegiem odkształcenia (stopień, prędkoœć, sposób i temperatura

odkształcenia),

. z właœciwoœciami odkształconego materiału (rodzaj materiału, czystoœć,

rnikrostruktura przed odkształceniem).

127

Podczas nagrzewania metalu odkształconego plastycznie na zimno zacho-

dzš aktywowane cieplnie procesy prowadzšce do powrotu metalu do stanu rów-

nowagi. Procesy te, nazywane rekrystalizacjš, mogš zAchodzić tylko w odpo-

wiednio wysokiej temperaturze. Temperatura rekrystalizacji jest pojęciem

umownym, nie opisujšcym właœciwoœci fizycznych metalu, gdyż zalety 0d:

. rodzaju materiału, tzn. składu chemicznego, fazowego, zawartoœci zanie-

czyszczeń, roZIrliarów ziama,

. warunków odkształcenia: wielkoœci, prędkoœci, temperatury i sposobu

odkształcen ia,

. warunków obróbki cieplnej : temperatury i czasu wyżarzania, szybkoœci

nagrzewania i chłodzenia.

Temperaturę rekrystalizacji Tr wyraża zależnoœć:

Tr = ~ T

gdzie: ~ - współczynnik (~ = 0,35-0,60), T

t - temperatura topnienia, K.

Temperaturę rekrystalizacji Tr można wyznaczyć:

. przez pomiar twardoœci,

. za pomocš obserwacji mikroskopowych,

. metodš rentgenograficznš.

Podczas rekrystalizacji zachodzš podstawowe procesy strukturalne:

. dyfuzja i anihilacja defektów punktowych,

. przegrupowywanie dyslokacji wywołane poœlizgiem; dyslokacje prze-

ciwnych znaków anihilujš, pętle dyslokacyjne się kurczš,

. pochłanianie dyslokacji i defektów punktowych przez migrujšce fronty

rekrystalizacji,

. przegrupowywanie dyslokacji z udziałem dyfi)zji,

. rozrost ziam wywołany migracjš granic ziam, prowadzšcy do ZIrlniej-

szenia powierzchni granic.

.

Podczas procesu rekrystalizacji można wyróżnić następujšce okresy.

. zdrowienie,

. rekrystalizację pierwotnš,

. rekrystalizację równomiemš (rozrost ziam),

. rekrystalizację wtómš.

2.2. Zdrowienie

. dyfuzja i anihilacja defektów punktowych,

. anihilacja dyslokacji 0 przeciwnych wektorach Burgersa,

. przegrupowywanie jednoimiennych dyslokacji krawędziowych w rów-

noległe rzędy i powstawanie subziam 0 zbliżonych orientacjach krysta-

lograficznych (rys. 1), kurczenie się pętli dyslokacyjnych,

. wspinanie dyslokacji do granic ziam i łšczenie się subziam (rys. 2).

Powstanie niskoenergetycznych œcianek, zbudowanych z jednoimiennych l

dyslokacji krawędziowych, jest nazywane poligonizacjš. Z wykonanych na i

transmisyjnym mikroskopie elektronowym badań wynika, że rozmieszczenie

dyslokacji w odkształconym materiale nie jest statystycznie równomieme.

W materiale odkształconym znajdujš się obszary 0 dużej gęstoœci dyslokacji l

(œcianki komórek - podgranica), pomiędzy którymi występujš obszAry 0 małej i

gęstoœci (podziama).

RekrystalizAcja pierwotna rozpoczyna się w odkształconym materiale l

wskutek tworzenia się zarodków nowych ziam, czyli zarodkowania. Przebieg l

procesu warunkuje: l

. szybkoœć zarodkowania, tzn. liczba zarodków powstajšcych l

objętoœci i czasu, l/cm3.s, l

. szybkoœć wzrostu zarodków, crnls. l

Mikrostruktura metalu rekrv ~ stalizowanego zależy w dużym l

cesu zarodkowania, który jest zwykle

w procesie rekrystalizacji zarodkowanie jest heterogeniczne. tzn. że l

powstajš w miejscach uprzywilejowanych, którymi sš najczęœciej granice

pasma przejœciowe, pasma œcinania, granice bliŸniaków odkształcenia i

przyległe do pierwotnych granic ziam.

Do powszechnie stosowanych teorii zarodkowania zalicza się:

. zarodkowanie przez wzrost podziam,

. zarodkowanie przez migrację pierwotnych granic ziam.

W teorii zarodkowania przez wzrost podziam (nazywanej modelem za-

rodkowania Cahna-Cottrella) zakłada się możliwoœć powstawania za.rodków

poprzez migrację granic podziam oraz zarodkowanie przez koalescencję pod-

ziam.

Zarodkowanie przez migrację granic podziarn

Zarodkami rekrystalizacji mogš być podziama powstałe w procesie poligo-

nizAcji, tworzšce z osnowš granice dużego kšta (róŻIlica orientacji z osnowš

15-200) i majšce promień większy 0d promienia krytycznego. W wyniku migra-

cji granic podziam powstajš zarodki rekrystalizacji. Teoria ta zakłada również

możliwoœć zarodkowania przez wzrost podziam. Przyczynš wzrostu podziam

jest różnica energii dyslokacji w granicach rosnšcego ziama (mniejsza energia)

i energia izolowanej dyslokacj i lub dyslokacj i w granicach pochłanianego ziama

(większa energia). Granice rosnšcego podziama przyłšczajš pojedyncze dyslo-

kacje lub granice podziam, przez co wzrasta kšt dezorientacji pomiędzy rosnš-

cym ziamem i jego otoczeniem, czemu towarzyszy wzrost energii na jednostkę

powierzchni granic.

Zarodkowanie przez koalescencję podziarn

Koalescencja zachodzi przez zanikanie wspólnych granic podziam oraz

przemieszczanie się (wspinanie) dyslokacji z zanikajšcych granic sšsiednich

i dyfuzję atomów po granicach podziam otaczajšcych podziama ulegajšce koa-

lescencji (rys. 3).

W wyniku obrotu podziam (rys. 3) zanika granica C-H i oba podziama uzy-

skujš jednakowš orientację. W zanikajšcej podgranicy zachodzi wspinanie po-

jedynczych lub grup dyslokacji oraz dyfuzyjny transport rnasy (z obszarów pod-

ziama CDEFGHC). D~enie układu do zmniejszenia ogólnej energii granic po-

woduje wyprostowywanie się granic po koalescencji.

Tworzenie zarodków rekrystalizAcji wskutek koalescencji podziam (rys. 4)

jest wywołane tendencjš układu do zmniejszania energii.

W wyniku koalescencji nie wszystkie dyslokacje wychodZĽ z podgranic

(linie przerywane pomiędzy podziamami A i B oraz C i D). Połšczone podziar-

na AB i CD mogš się łšczyć przez zANIK ich wspólnej granicy, wskutek czego

powstaje zarodek rekrystalizacji.

Koalescencja podziam zachodzi w wysokiej temperaturze wskutek dyfuzji

objętoœciowej. W wyniku koalescencji podziam mogš się tworzyć granice duże-

90 kšta (wzrasta niedopasowanie podziam względem ziam sšsiednich).

Zarodkowanie przez migrację pierwotnych granic ziarn

Zarodki rekrystalizacji powstajš wskutek migracji pierwotnych granic

ziam. Migracja jest wywołana różnš gęstoœciš struktur podziamowych w sš-

siednich ziamach. Granica pierwotna migruje w głšb ziarna 0 większej gęstoœci

defektów (rys. 5).

Powstawanie i wzrost zarodków sš uzależnione 0d właœciwoœci metalu,

wielkoœci i temperatury odkształcenia wpływajšcych na rodzaj tworZšcej się

substruktury dyslokacyjnej.

2.3. Rekrystalizacja

2.3.1. Rekrystalizacja pierwotna

Rekrystalizacja pierwotna zachodzi wskutek migracji szerokokštowych

granic ziam powstałych i rozrastajšcych się nowo utworzonych zarodków. Koń-

czy się powstaniem nowych ziam w całej objętoœci materiału. Siły pędne, po-

wodujšce migrację szerokokštowych granic ziam, powstajš, gdy.

. występuje różnica gęstoœci dyslokacji po 0bu stronach granicy,

. występuje napięcie powierzchniowe granicy wywołane różnicš energii

swobodnych po 0bu stronach granicy,

. następuje rozpad przesyconego roztworu na froncie reakcji,

. działa pole magnetyczne (w przypadku materiałów ferro- lub parama-

gnetycznych cechujšcych się znacznš anizotropiš właœciwoœci magne-

tycznych).

Ruchliwoœć granic szerokokštowych zależy 0d temperatury (wzrasta ze

zwiększeniem temperatury), czšstek drugiej fazy atomów obcych i zAniecZysz-

czeń (maleje ze zwiększeniem liczby atomów i zaniecZyszczeń) oraz 0d orien-

tacji granic ziam (wpływ orientacji granicy nie został jednoznacznie okreœ-

lony).

2.3.2. Rekrystalizacja równomierna (rozrost ziarn)

Rozrost ziam polega na wzroœcie œredniej wielkoœci ziama w materiale

jednofazowym lub œredniej wielkoœci ziam osnowy w materiale z czšstkami

drugiej fazy . Rozrost ziam zAlEŻY 0d :

. zróżnicowania wielkoœci i kształtu ziam,

. d~enia układu do zmniejszenia energii swobodnej układu,

. temperatury, 0d której zAlEŻY ruchliwoœć granic.

Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, że podCzAS rozro-

stu ziam:

a) granice migrujš skokowo (kierunki migracji mogš się zmieniać),

b) nie zAchodzi koalescencja ziam (wyłšcznie migracja granic ziam),

c) w obrębie jednego ziama pewne obszary mogš się rozrastać kosztem

sšsiednich ziam, a inne obszary tego ziama mogš być pochłaniane przez

sšsiednie ziama.

W wyniku rekrystalizacji równomiemej tworzy się mikrostruktura złożona

z ziam 0 zbliżonych rozmiarach, oddzielonych granicami prostoliniowymi.

2.3.3. Rekrystalizacja wtórna

Zachodzi w wyniku nagrzewania materiału do temperatury wyższej 0 kilka-

set stopni 0d temperatury rekrystalizacji. Niejednorodnoœć mikrostruktury, wy-

wołana selektywnym rozrostem niewielu ziam do bardzo dużych rozmiarów

(w porównaniu ze œredniš wielkoœciš ziama), powoduje zmniejszenie właœciwo-

œci mechanicznych metali. Jedynie w przypadku stali krzemowych (3,6-4,5%

krzemu), stopów Fe-Ni i metali stosowanych na półprzewodniki wykorzystuje

się proces rekrystalizacji wtómej do uzyskania korzystnych właœciwoœci ma-

gnetycznych.

Rekrystalizacja wtóma charakteryzuje się:

. występowaniem okresu inkubacyjnego,

. możliwoœciš zajœcia tylko w przypadku zatrzymania normalnego rozrostu

ziam,

. występowaniem tekstury, która różni się 0d tekstury rekrystalizacji pier-

wotnej,

. koniecznoœciš nagrzewania do pewnej temperatury wyższej 0d tempera-

tury rekrystalizacji,

. rozrostem tych ziam powstałych podczas rekrystalizacji pierwotnej lub

równomiemej, które sš większe 0d ziam œredniej wielkoœci.

Na przebieg procesu rekrystalizacji istotny wpływ wywiera wielkoœć 0d-

kształcenia plastycwego. Do zAinicjowania rekrystalizacji jest wymagany pe-

wien minimalny gniot nazywany gniotem krytycznym (rys. 6).

Zk Gniot

Gniot krytyczny dla metali i ich stopów wynosi zwykle 2-15%. Z reguły

należy unikać podczas przeróbki plastycznej stosowania gniotów krytycwych,

gdyż powodujš one tworzenie się mikrostruktury gruboziamistej pogarszajšcej

właœciwoœci mechaniczne i jakoœć powierzchni metali.

Pojęcie "przeróbka plastyczna na goršco" obejmuje procesy odkształcania

metali powyżej temperatury rekrystalizacji. Odkształcanie metali poniżej tempe-

ratury rekrystalizacji jest nazywane "przeróbkš plastycznš na zimno". Praktycz-

nym aspektem rekrystalizacji jest wyżarzanie rekrystalizujšce, które 1a na celu

usunięcie skutków odkształcenia plastycznego, czyli przywrócenie plastycznoœci

metalom umocnionym w wyniku odkształcenia na zimno.

---