47 (345)

92 Tadeusz Grzegorzewie z. Krystyna Haimann

cych się orientacją krystalograficzną. Okres poligonizacji kończy rozrastanie się sub-ziaren i łączenie się granic wąskokątowych. Po małych odkształceniach podczas wyżarzania może zajść tylko poligonizacja bez rekrystalizicji, natomiast w metalach bardzo silnie odkształconych poligonizacja nie zachodzi, a rozpoczyna się od razu rekrystalizacja. Zachodzące zmiany mikrostruktury podczas zdrowienia są niedostrzegalne za pomocą mikroskopu świetlnego. Niewielkie zmiany w mikrostrukturze metalu odkształconego po zdrowieniu można stwierdzić za pomocą badań rentgenowskich lub transmisyjnego mikroskopu elektronowego. W wyniku zdrowienia wytrzymałość na rozciąganie i twardość nieznacznie się zmniejszają, plastyczność zaś wzrasta. Znaczniejszym zmianom podlegają niektóre właściwości fizyczne i chemiczne, zwiększa się przewodnictwo elektryczne oraz odporność na korozję. Następuje natomiast znaczne zmniejszenie naprężeń własnych. W praktyce technicznej, w celu zmniejszenia poziomu naprężeń występujących w materiałach po obróbce plastycznej na zimno, stosuje się wyżarzanie w temperaturze, w której zachodzi zdrowienie. Wyżarzanie takie nazywa się odprężającym i stosowane jest również do wyrobów wytwarzanych innymi metodami, np. do odlewów, po spawaniu i zgrubnej obróbce skrawaniem.

Rekrystalizacja rozpoczyna się w odkształconym metalu powyżej temperatury rekrystalizacji i polega na tworzeniu się nowych nieodkształconych ziaren drogą powstawania zarodków i ich wzrostu.

Rys. 7.6. Zależność pomiędzy wielkością ziarna a stopniem odkształcenia plastycznego (gniotu)

Stwierdzono, że rekrystalizacja rozpoczyna się od miejsc, w których lokalnie odkształcenia są największe, a .więc takie, gdzie jest nagromadzona znaczna ilość energii odkształcenia. Miejscami takimi są granice ziaren i bliźniaków, pasma poślizgów, wtrącenia twardszej fazy. Oznacza to, że liczba aktywnych zarodków rośnie ze wzrostem odkształcenia plastycznego, a przez to maleje rozmiar ziaren po rekrystalizacji. Mały stopień odkształcenia, gdy w wyniku rekrystalizacji powstaje bardzo duże ziarno - rys. 7.6, nazwano odkształceniem krytycznym, ponieważ jest to jednocześnie najmniejsze odkształcenie, po którym występuje rekrystalizacja. Przy odkształceniu metalu ze stopniem gniotu, mniejszym od krytycznego, rekrystalizacja nie

występuje, a w materiale odkształconym zachodzi jedynie zdrowienie. Odkształcenie krytyczne dla większości metali mieści się w granicach 1-10% i np. w aluminium o czystości technicznej wynosi ono 4%, a w żelazie technicznym 4,5%. W praktyce unika się stosowania obróbki plastycznej, która mogłaby wywołać krytyczne odkształcenie plastyczne, ponieważ otrzymanie struktury gruboziarnistej niekorzystnie wpływa na właściwości mechaniczne. Materiały gruboziarniste wykazują większą skłonność do kruchego pękania, mają mniejszą granicę plastyczności, wytrzymałość i twardość niż materiały drobnoziarniste.

Zwiększenie liczby zarodków rekrystalizacji nowych nieodkształconych ziaren odbywa się w wyniku przemieszczania się pojedynczych atomów z odkształconej osnowy do ziaren materiału zrekrystalizowanego przez szerokokątową powierzchnię granicy. Granica ta podczas ruchu napotyka różnorodne defekty sieci krystalicznej, które na niej zanikają. Procesowi temu towarzyszy uwolnienie zmagazynowanej energii odkształcenia i zanik dyslokacji, których gęstość na migrującej granicy zmniejsza się o kilka rzędów wielkości, tj. 10^I: cm ² w materiale odkształconym do 10* cm ⁷ w materiale zrekry-stalizowanym. Można zatem uważać, że rekrystalizacja jest wynikiem przemieszczania się szerokokątowej granicy ziarn. której migracja jest spowodowana różnicą energii po obu jej stronach. Proces ten, jest nazwany rekrystalizacją pierwotną i trwa aż zrekrysta-lizowane ziarna obejmą całą objętość uprzednio odkształconego plastycznie metalu.

Najniższa temperatura, w której zachodzi rekrystalizacja, nazwana jest temperaturą rekrystalizacji. Zależy ona od wielu czynników, takich jak temperatura topnienia, czystość metalu, skład stopu, stopień gniotu, czas wyżarzania. W przypadku metali o czystości technicznej bezwzględną temperaturę rekrystalizacji można w przybliżeniu określić wzorem:

,    7>0.4xr_lop

gdzie T,op - temperatura topnienia metalu, w K.

Bardzo czyste metale mogą jednak rekrystalizować już w temperaturze wynoszącej 0,2 T_loę, natomiast stopy o bardzo dużej gęstości cząstek innej fazy nie rekrystalizują nawet w temperaturach bliskich temperatury topnienia. Praktycznie za temperaturę rekrystalizacji przyjmuje się temperaturę, w której dany metal odkształcony na zimno, po wyżarzaniu zrekrystalizuje całkowicie w ciągu 1 godziny. Temperaturę rekrystalizacji można wyznaczyć na podstawie zmian twardości metalu odkształconego na zimno i następnie wyżarzonego przez I godzinę. Za temperaturę rekrystalizacji przyjmuje się punkt przegięcia na krzywej twardości w układzie współrzędnych twardość-temperatura wyżarzania - rys. 7.7. Temperaturę rekrystalizacji można również ustalić metodą badań mikroskopowych i rentgenograficznych. Jeżeli po zakończeniu rekrystalizacji metal będzie dalej wygrzewany, zwłaszcza w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji, to będzie następował rozrost ziaren. Siłą napędową tego procesu jest dążenie układu do zmniejszenia energii powierzchniowej granic ziaren.

t